Índice Cubierta Portadilla Prefacio Agradecimientos Primera parte IMPOSIBILIDADES DE CLASE I 1 Campos de fuerza 2 Invisibilidad 3 Fáseres y estrellas de la muerte 4 Teletransporte 5 Telepatía 6 Psicoquinesia 7 Robots 8 Extraterrestres y ovnis 9 Naves estelares 10 Antimateria y antiuniversos
Segunda parte IMPOSIBILIDADES DE CLASE II 11 Más rápido que la luz 12 El viaje en el tiempo 13 Universos paralelos
Tercera parte IMPOSIBILIDADES DE CLASE III 14 Máquinas de movimiento perpetuo 15 Precognición Epílogo El futuro de lo imposible
Notas Bibliografía Créditos Acerca de Random House Mondadori Notas
A mi querida esposa, Shizue, y a Michelle y Alyson
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Agradecimientos La materia de este libro abarca muchos campos y disciplinas, y recoge el trabajo de numerosos científicos excepcionales. Quiero expresar mi agradecimiento a las personas siguientes, que gentilmente me brindaron su tiempo en largas entrevistas, consultas e interesantes e inspiradoras conversaciones. Leon Lederman, premio Nobel, Instituto de Tecnología de Illinois Murray Gell-Mann, premio Nobel, Instituto de Santa Fe y Caltech El fallecido Henry Kendall, premio Nobel, MIT Steven Weinberg, premio Nobel, Universidad de Texas en Austin David Gross, premio Nobel, Instituto Kavli para Física Teórica Frank Wilczek, premio Nobel, MIT Joseph Rotblat, premio Nobel, St. Bartholomew’s Hospital Walter Gilbert, premio Nobel, Universidad de Harvard Gerald Edelman, premio Nobel, Instituto de Investigaciones Scripps Peter Doherty, premio Nobel, St. Jude Children’s Research Hospital Jared Diamond, premio Pulitzer, UCLA Stan Lee, creador de Marvel Comics y Spiderman Brian Greene, Universidad de Columbia, autor de El universo elegante Lisa Randall, Universidad de Harvard, autora de Warped Passages Lawrence Krauss, Universidad de Case Western, autor de The Physics of Star Trek J. Richard Gott III, Universidad de Princeton, autor de Los viajes en el tiempo y el universo de Einstein Alan Guth, físico, MIT, autor de El universo inflacionario John Barrow, físico, Universidad de Cambridge, autor de Impossibility Paul Davies, físico, autor de Superforce Leonard Susskind, físico, Universidad de Stanford Joseph Lykken, físico, Laboratorio Nacional Fermi Marvin Minsky, MIT, autor de The Society of Minds Ray Kurzweil, inventor, autor de The Age of Spiritual Machines Rodney Brooks, director del Laboratorio de Inteligencia Artificial del MIT Hans Moravec, autor de Robot Ken Croswell, astrónomo, autor de Magnificent Universe Don Goldsmith, astrónomo, autor de Runaway Universe
Neil de Grasse Tyson, director del Hayden Planetarium, Nueva York Robert Kirshner, astrónomo, Universidad de Harvard Fulvia Melia, astrónoma, Universidad de Arizona Sir Martin Rees, Universidad de Cambridge, autor de Antes del principio Michael Brown, astrónomo, Caltech Paul Gilsner, autor de Centauri Dreams Michael Lemonick, periodista científico de la revista Time Timothy Ferris, Universidad de California, autor de Coming of Age in the Milky Way El fallecido Ted Taylor, diseñador de ojivas nucleares de Estados Unidos Freeman Dyson, Instituto de Estudios Avanzados, Princeton John Horgan, Instituto de Tecnología de Stevens, autor de El fin de la ciencia El fallecido Carl Sagan, Universidad de Cornell, autor de Cosmos Ann Druyan, viuda de Carl Sagan, Cosmos Studios Peter Schwarz, futurólogo, fundador de Global Business Network Alvin Toffler, futurólogo, autor de La tercera ola David Goodstein, professor del Caltech Seth Lloyd, MIT, autor de Programming the Universe Fred Watson, astrónomo, autor de Star Gazer Simon Singh, autor de The Big Bang Seth Shostak, Instituto SETI George Johnson, periodista científico de The New York Times Jeffrey Hoffman, MIT, astronauta de la NASA Tom Jones, astronauta de la NASA Alan Lightman, MIT, autor de Einstein’s Dreams Robert Zubrin, fundador de la Sociedad de Marte Donna Shirley, programa Marte de la NASA John Pike, GlobalSecurity.org Paul Saffo, futurólogo, Instituto para el Futuro Louis Friedman, cofundador de la Sociedad Planetaria Daniel Werthheimer,SETI@home, Universidad de California en Berkeley Robert Zimmerman, autor de Leaving Earth Marcia Bartusiak, autora de Einstein’s Unfinished Symphony Michael H. Salamon, programa Más Allá de Einstein de la NASA Geoff Andersen, Academia de la Fuerza Aérea de Estados Unidos, autor de The Telescope También quiero expresar mi agradecimiento a mi agente, Stuart Krichevsky, que ha estado a mi lado a
lo largo de estos aĂąos orientĂĄndome en todos mis libros, y a mi editor, Roger Scholl, que con mano firme, sĂłlido juicio y experiencia editorial ha sido un referente en muchos de mis libros. Asimismo deseo dar las gracias a mis colegas del City College y el Graduate Center de la Universidad de la Ciudad de Nueva York, en especial a V. P. Nair y Dan Greenberger, que generosamente me dedicaron su tiempo en fecundos debates.
Primera parte IMPOSIBILIDADES DE CLASE I
1 Campos de fuerza I. Cuando un científico distinguido pero anciano afirma que algo es posible, es casi seguro que tiene razón. Cuando afirma que algo es imposible, es muy probable que esté equivocado. II. La única manera de descubrir los límites de lo posible es aventurarse un poco más allá de ellos en lo imposible. III. Cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia. Las tres leyes de ARTHUR C. CLARKE
«¡Escudos arriba!» En innumerables episodios de Star Trek esta es la primera orden que el capitán Kirk da a la tripulación: elevar los campos de fuerza para proteger del fuego enemigo a la nave espacial Enterprise. Tan vitales son los campos de fuerza en Star Trek que la marcha de la batalla puede medirse por cómo está resistiendo el campo de fuerza. Cuando se resta potencia a los campos de fuerza, la Enterprise sufre más impactos dañinos en su casco, hasta que finalmente la rendición se hace inevitable. Pero ¿qué es un campo de fuerza? En la ciencia ficción es engañosamente simple: una barrera delgada e invisible, pero impenetrable, capaz de desviar tanto haces láser como cohetes. A primera vista un campo de fuerza parece tan fácil que su creación como escudo en el campo de batalla parece inminente. Uno espera que cualquier día un inventor emprendedor anunciará el descubrimiento de un campo de fuerza defensivo. Pero la verdad es mucho más complicada. De la misma forma que la bombilla de Edison revolucionó la civilización moderna, un campo de fuerza podría afectar profundamente a cada aspecto de nuestra vida. El ejército podría utilizar campos de fuerza para crear un escudo impenetrable contra misiles y balas enemigos, y hacerse así invulnerable. En teoría, podrían construirse puentes, superautopistas y carreteras con solo presionar un botón. Ciudades enteras podrían brotar instantáneamente en el desierto, con rascacielos hechos enteramente de campos de fuerza. Campos de fuerza erigidos sobre ciudades permitirían a sus habitantes modificar a voluntad los efectos del clima: vientos fuertes, huracanes, tornados. Podrían construirse ciudades bajo los océanos dentro de la segura cúpula de un campo de fuerza. Podrían reemplazar por completo al vidrio, el acero y el hormigón. Pero, por extraño que parezca, un campo de fuerza es quizá uno de los dispositivos más difíciles de crear en el laboratorio. De hecho, algunos físicos creen que podría ser realmente imposible, a menos que se modifiquen sus propiedades.
MICHAEL FARADAY El concepto de campos de fuerza tiene su origen en la obra del gran científico británico del siglo XIX Michael Faraday. Faraday nació en el seno de una familia de clase trabajadora (su padre era herrero) y llevó una vida difícil como aprendiz de encuadernador en los primeros años del siglo. El joven Faraday estaba fascinado por los enormes avances a que dio lugar el descubrimiento de las misteriosas propiedades de dos nuevas fuerzas: la electricidad y el magnetismo. Faraday devoró todo lo que pudo acerca de estos temas y asistió a las conferencias que impartía el profesor Humphrey Davy de la Royal Institution en Londres. Un día, el profesor Davy sufrió una grave lesión en los ojos a causa de un accidente químico y contrató a Faraday como secretario. Faraday se ganó poco a poco la confianza de los científicos de la Royal Institution, que le permitieron realizar importantes experimentos por su cuenta, aunque a veces era ninguneado. Con los años, el profesor Davy llegó a estar cada vez más celoso del brillo que mostraba su joven ayudante, una estrella ascendente en los círculos experimentales hasta el punto de eclipsar la fama del propio Davy. Tras la muerte de Davy en 1829, Faraday se vio libre para hacer una serie de descubrimientos trascendentales que llevaron a la creación de generadores que alimentarían ciudades enteras y cambiarían el curso de la civilización mundial. La clave de los grandes descubrimientos de Faraday estaba en sus «campos de fuerza». Si se colocan limaduras de hierro por encima de un imán, las limaduras forman una figura parecida a una telaraña que llena todo el espacio. Estas son las líneas de fuerza de Faraday, que muestran gráficamente cómo los campos de fuerza de la electricidad y el magnetismo llenan el espacio. Si se representa gráficamente el campo magnético de la Tierra, por ejemplo, se encuentra que las líneas emanan de la región polar norte y luego vuelven a entrar en la Tierra por la región polar sur. Del mismo modo, si representáramos las líneas del campo eléctrico de un pararrayos durante una tormenta, encontraríamos que las líneas de fuerza se concentran en la punta del pararrayos. Para Faraday, el espacio vacío no estaba vacío en absoluto, sino lleno de líneas de fuerza que podían mover objetos lejanos. (Debido a la pobre educación que había recibido en su infancia, Faraday no sabía matemáticas, y en consecuencia sus cuadernos no están llenos de ecuaciones, sino de diagramas de estas líneas de fuerza dibujados a mano. Resulta irónico que su falta de formación matemática le llevara a crear los bellos diagramas de líneas de fuerza que ahora pueden encontrarse en cualquier libro de texto de física. En ciencia, una imagen física es a veces más importante que las matemáticas utilizadas para describirla.) Los historiadores han especulado sobre cómo llegó Faraday a su descubrimiento de los campos de fuerza, uno de los conceptos más importantes de la ciencia. De hecho, toda la física moderna está escrita en el lenguaje de los campos de Faraday. En 1831 tuvo la idea clave sobre los campos de fuerza
que iba a cambiar la civilización para siempre. Un día, estaba moviendo un imán sobre una bobina de cable metálico y advirtió que era capaz de generar una corriente eléctrica en el cable, sin siquiera tocarlo. Esto significaba que el campo invisible de un imán podía atravesar el espacio vacío y empujar a los electrones de un cable, lo que creaba una corriente. Los «campos de fuerza» de Faraday, que inicialmente se consideraron pasatiempos inútiles, eran fuerzas materiales reales que podían mover objetos y generar potencia motriz. Hoy, la luz que usted utiliza para leer esta página probablemente está alimentada gracias al descubrimiento de Faraday sobre el electromagnetismo. Un imán giratorio crea un campo de fuerza que empuja a los electrones en un cable y les hace moverse en una corriente eléctrica. La electricidad en el cable puede utilizarse entonces para encender una bombilla. El mismo principio se utiliza para generar la electricidad que mueve las ciudades del mundo. El agua que fluye por una presa, por ejemplo, hace girar un enorme imán en una turbina, que a su vez empuja a los electrones en un cable, lo que crea una corriente eléctrica que es enviada a nuestros hogares a través de líneas de alto voltaje. En otras palabras, los campos de fuerza de Michael Faraday son las fuerzas que impulsan la civilización moderna, desde los bulldozers eléctricos a los ordenadores, los iPods y la internet de hoy. Los campos de fuerza de Faraday han servido de inspiración para los físicos durante siglo y medio. Einstein estaba tan inspirado por ellos que escribió su teoría de la gravedad en términos de campos de fuerza. También yo me inspiré en los campos de Faraday. Hace años conseguí escribir la teoría de cuerdas en términos de los campos de fuerza de Faraday, fundando así la teoría de campos de cuerdas. En física, decir de alguien que «piensa como una línea de fuerza», se toma como un gran cumplido.
LAS CUATRO FUERZAS Una de las mayores hazañas de la física en los últimos dos mil años ha sido el aislamiento y la identificación de las cuatro fuerzas que rigen el universo. Todas ellas pueden describirse en el lenguaje de los campos introducido por Faraday. Por desgracia, no obstante, ninguna de ellas tiene exactamente las propiedades de los campos de fuerza que se describen en la mayor parte de la literatura de ciencia ficción. Estas fuerzas son: 1. Gravedad. La fuerza silenciosa que mantiene nuestros pies en el suelo, impide que la Tierra y las estrellas se desintegren, y mantiene unidos el sistema solar y la galaxia. Sin la gravedad, la rotación de la Tierra nos haría salir despedidos del planeta hacia el espacio a una velocidad de 1.600 kilómetros por hora. El problema es que la gravedad tiene propiedades exactamente opuestas a las de los campos de fuerza que encontramos en la ciencia ficción. La gravedad es atractiva, no repulsiva; es extremadamente débil, en términos relativos; y actúa a distancias astronómicas. En otras palabras, es prácticamente lo contrario de la barrera plana, delgada e impenetrable que leemos en las historias de
ciencia ficción o vemos en las películas de ciencia ficción. Por ejemplo, se necesita todo el planeta Tierra para atraer una pluma hacia el suelo, pero nos basta con un dedo para levantarla y contrarrestar la gravedad de la Tierra. La acción de nuestro dedo puede contrarrestar la gravedad de todo un planeta que pesa más de seis billones de billones de kilogramos. 2 . Electromagnetismo (EM). La fuerza que ilumina nuestras ciudades. Los láseres, la radio, la televisión, los aparatos electrónicos modernos, los ordenadores, internet, la electricidad, el magnetismo… todos son consecuencias de la fuerza electromagnética. Es quizá la fuerza más útil que han llegado a dominar los seres humanos. A diferencia de la gravedad, puede ser tanto atractiva como repulsiva. Sin embargo, hay varias razones por las que no es apropiada como un campo de fuerza. En primer lugar, puede neutralizarse con facilidad. Los plásticos y otros aislantes, por ejemplo, pueden penetrar fácilmente en un potente campo eléctrico o magnético. Un trozo de plástico arrojado contra un campo magnético lo atravesaría directamente. En segundo lugar, el electromagnetismo actúa a distancias muy grandes y no puede concentrarse fácilmente en un plano. Las leyes de la fuerza EM se describen mediante las ecuaciones de Maxwell, y estas ecuaciones no parecen admitir campos de fuerzas como soluciones. 3 y 4. Las fuerzas nucleares débil y fuerte. La fuerza débil es la fuerza de la desintegración radiactiva. Es la fuerza que calienta el centro de la Tierra, que es radiactivo. Es la fuerza que hay detrás de los volcanes, los terremotos y la deriva de los continentes. La fuerza fuerte mantiene unido el núcleo del átomo. La energía del Sol y las estrellas tiene su origen en la fuerza nuclear, que es responsable de iluminar el universo. El problema es que la fuerza nuclear es una fuerza de corto alcance, que actúa principalmente a la distancia de un núcleo. Puesto que está tan ligada a las propiedades de los núcleos, es extraordinariamente difícil de manipular. Por el momento, las únicas formas que tenemos de manipular esta fuerza consisten en romper partículas subatómicas en colisionadores de partículas o detonar bombas atómicas. Aunque los campos de fuerza utilizados en la ciencia ficción no parecen conformarse a las leyes de la física conocidas, hay todavía vías de escape que harían posible la creación de un campo de fuerza semejante. En primer lugar, podría haber una quinta fuerza, aún no vista en el laboratorio. Una fuerza semejante podría, por ejemplo, actuar a una distancia de solo unos pocos centímetros o decenas de centímetros, y no a distancias astronómicas. (Sin embargo, los intentos iniciales de medir la presencia de esa quinta fuerza han dado resultados negativos.) En segundo lugar, quizá sería posible utilizar un plasma para imitar algunas de las propiedades de un campo de fuerza. Un plasma es «el cuarto estado de la materia». Sólidos, líquidos y gases constituyen los tres estados de la materia familiares, pero la forma más común de materia en el universo es el plasma, un gas de átomos ionizados. Puesto que los átomos de un plasma están rotos, con los electrones desgajados del átomo, los átomos están cargados eléctricamente y pueden
manipularse fácilmente mediante campos eléctricos y magnéticos. Los plasmas son la forma más abundante de la materia visible en el universo, pues forman el Sol, las estrellas y el gas interestelar. Los plasmas no nos son familiares porque raramente se encuentran en la Tierra, pero podemos verlos en forma de descargas eléctricas, en el Sol y en el interior de los televisores de plasma.
VENTANAS DE PLASMA Como se ha señalado, si se calienta un gas a una temperatura suficientemente alta, y se crea así un plasma, este puede ser moldeado y conformado mediante campos magnéticos y eléctricos. Por ejemplo, se le puede dar la forma de una lámina o de una ventana. Además, esta «ventana de plasma» puede utilizarse para separar un vacío del aire ordinario. En teoría, se podría impedir que el aire del interior de una nave espacial se escapase al espacio, y crear así una conveniente y transparente interfaz entre el espacio exterior y la nave espacial. En la serie televisiva Star Trek se utiliza un campo de fuerza semejante para separar el muelle de carga de la lanzadera, donde se encuentra una pequeña cápsula espacial, del vacío del espacio exterior. No solo es un modo ingenioso de ahorrar dinero en decorados, sino que es un artificio posible. La ventana de plasma fue inventada por el físico Ady Herschcovitch en 1995 en el Laboratorio Nacional de Brookhaven en Long Island, Nueva York. La desarrolló para resolver los problemas que planteaba la soldadura de metales utilizando haces de electrones. Un soplete de acetileno utiliza un chorro de gas caliente para fundir y luego soldar piezas de metal. Pero un haz de electrones puede soldar metales de forma más rápida, más limpia y más barata que los métodos ordinarios. Sin embargo, el problema con la soldadura por haz de electrones es que debe hacerse en vacío. Este requisito es un gran inconveniente, porque significa crear una cámara de vacío que puede ser tan grande como una habitación. El doctor Herschcovitch inventó la ventana de plasma para resolver este problema. De solo un metro de altura y menos de 30 centímetros de diámetro, la ventana de plasma calienta gas hasta unos 7.000 ºC y crea un plasma que queda atrapado por campos eléctrico y magnético. Estas partículas ejercen presión, como en cualquier gas, lo que impide que el aire penetre violentamente en la cámara de vacío, separando así el aire del vacío. (Cuando se utiliza gas argón en la ventana de plasma, esta toma un brillo azul, como el campo de fuerza en Star Trek.) La ventana de plasma tiene amplias aplicaciones en la industria y los viajes espaciales. Muchas veces, los procesos de manufactura necesitan un vacío para realizar microfabricación y grabado en seco con fines industriales, pero trabajar en vacío puede ser caro. Pero con la ventana de plasma se puede contener un vacío sin mucho gasto apretando un botón.
Pero ¿puede utilizarse también la ventana de plasma como escudo impenetrable? ¿Puede soportar el disparo de un cañón? En el futuro cabe imaginar una ventana de plasma de una potencia y temperatura mucho mayores, suficientes para dañar o vaporizar los proyectiles incidentes. No obstante, para crear un campo de fuerza más realista, como los que encontramos en la ciencia ficción, se necesitaría una combinación de varias tecnologías dispuestas en capas. Cada capa no sería suficientemente fuerte para detener por sí sola una bala de cañón, pero la combinación sí podría hacerlo. La capa exterior podría ser una ventana de plasma supercargado, calentado a una temperatura lo suficientemente elevada para vaporizar metales. Una segunda capa podría ser una cortina de haces láser de alta energía. Esta cortina, que contendría miles de haces láser entrecruzados, crearía una red que calentaría los objetos que la atravesaran y los vaporizaría. Discutiré con más detalle los láseres en el capítulo siguiente. Y tras esta cortina láser se podría imaginar una red hecha de «nanotubos de carbono», tubos minúsculos hechos de átomos de carbono individuales que tienen un átomo de espesor y son mucho más resistentes que el acero. Aunque el actual récord mundial para la longitud de un nanotubo de carbono es de solo 15 milímetros, podemos imaginar que un día seremos capaces de fabricar nanotubos de carbono de longitud arbitraria. Suponiendo que los nanotubos de carbono puedan entretejerse en una malla, podrían crear una pantalla de gran resistencia, capaz de repeler la mayoría de los objetos. La pantalla sería invisible, puesto que cada nanotubo de carbono es de grosor atómico, pero la malla de nanotubos de carbono sería más resistente que cualquier material. Así, mediante una combinación de ventana de plasma, cortina láser y pantalla de nanotubos de carbono, cabría imaginar la creación de un muro invisible que sería prácticamente impenetrable por casi cualquier medio. Pero incluso este escudo multicapas no satisfaría por completo todas las propiedades de un campo de fuerza de la ciencia ficción, porque sería transparente y por ello incapaz de detener un haz láser. En una batalla con cañones láser, el escudo multicapa sería inútil. Para detener un haz láser el escudo tendría que poseer también una forma avanzada de «fotocromática». Este es el proceso que se utiliza para las gafas de sol que se oscurecen automáticamente al ser expuestas a la radiación ultravioleta. La fotocromática se basa en moléculas que pueden existir en al menos dos estados. En un estado la molécula es transparente, pero cuando se expone a radiación ultravioleta cambia instantáneamente a la segunda forma, que es opaca. Quizá un día seamos capaces de utilizar nanotecnología para producir una sustancia tan dura como nanotubos de carbono que pueda cambiar sus propiedades ópticas cuando se expone a luz láser. De este modo, un escudo podría detener un disparo de láser tanto como un haz de partículas o fuego de cañón. De momento, sin embargo, no existe la fotocromática que pueda detener haces láser.
LEVITACIÓN MAGNÉTICA En la ciencia ficción, los campos de fuerza tienen otro fin además de desviar disparos de pistolas de rayos, y es el de servir como plataforma para desafiar la gravedad. En la película Regreso al futuro , Michael J. Fox monta una «tabla flotante», que se parece a un monopatín excepto en que flota sobre la calle. Tal dispositivo antigravedad es imposible según las leyes de la física tal como hoy las conocemos (como veremos en el capítulo 10). Pero tablas flotantes y coches flotantes ampliados magnéticamente podrían hacerse realidad en el futuro y darnos la capacidad de hacer levitar grandes objetos a voluntad. En el futuro, si los «superconductores a temperatura ambiente» se hacen una realidad, podríamos ser capaces de hacer levitar objetos utilizando el poder de campos de fuerza magnéticos. Si colocamos dos imanes próximos uno a otro con sus polos norte enfrentados, los dos imanes se repelen. (Si damos la vuelta a un imán de modo que el polo norte de uno esté frente al polo norte del otro, entonces los dos imanes se atraen.) Este mismo principio, que los polos norte se repelen, puede utilizarse para levantar pesos enormes del suelo. Varios países ya están construyendo trenes avanzados de levitación magnética (trenes maglev) que se ciernen sobre las vías utilizando imanes ordinarios. Puesto que la fricción es nula, pueden alcanzar velocidades récord, flotando sobre un cojín de aire. En 1984 empezó a operar en el Reino Unido el primer sistema maglev comercial del mundo, que cubre el trayecto entre el aeropuerto internacional de Birmingham y la cercana estación de ferrocarril internacional de Birmingham. También se han construido trenes maglev en Alemania, Japón y Corea, aunque la mayoría de ellos no están diseñados para alcanzar grandes velocidades. El primer tren maglev comercial que funciona a alta velocidad es el de la línea de demostración del segmento operacional inicial (IOS) en Shanghai, que viaja a una velocidad máxima de 430 kilómetros por hora. El tren maglev japonés en la prefectura de Yamanashi alcanzó una velocidad de 580 kilómetros por hora, más rápido incluso que los trenes de ruedas convencionales. Pero estos dispositivos maglev son muy caros. Una manera de aumentar su eficacia sería utilizar superconductores, que pierden toda la resistencia eléctrica cuando son enfriados hasta cerca del cero absoluto. La superconductividad fue descubierta en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes. Cuando ciertas sustancias se enfrían por debajo de 20 K sobre el cero absoluto pierden toda su resistencia eléctrica. Normalmente, cuando bajamos la temperatura de un metal, su resistencia disminuye. (Esto se debe a que las vibraciones aleatorias de los átomos dificultan el flujo de electrones en un cable. Al reducir la temperatura se reducen estos movimientos aleatorios, y la electricidad fluye con menos resistencia.) Pero para gran sorpresa de Kamerlingh Onnes, él encontró que la resistencia de ciertos materiales cae abruptamente a cero a una temperatura crítica. Los físicos reconocieron inmediatamente la importancia de este resultado. Las líneas de transporte de electricidad sufren pérdidas importantes cuando transportan la electricidad a grandes distancias.
Pero si pudiera eliminarse toda la resistencia, la potencia eléctrica podría transmitirse casi gratis. De hecho, si se hiciera circular la electricidad por una bobina superconductora, la electricidad circularía durante millones de años sin ninguna reducción en la energía. Además, con estas enormes corrientes eléctricas sería fácil hacer electroimanes de increíble potencia. Con estos electroimanes podrían levantarse pesos enormes con facilidad. Pese a todos estos poderes milagrosos, el problema con la superconductividad resulta que es muy caro mantener sumergidos grandes electroimanes en tanques de líquido superenfriado. Se requieren enormes plantas de refrigeración para mantener los líquidos superenfriados, lo que hace prohibitivamente caros los imanes superconductores. Pero quizá un día los físicos sean capaces de crear un «superconductor a temperatura ambiente», el Santo Grial de los físicos del estado sólido. La invención de superconductores a temperatura ambiente en el laboratorio desencadenaría una segunda revolución industrial. Sería tan barato conseguir potentes campos magnéticos capaces de elevar coches y trenes que los coches flotantes se harían económicamente viables. Con superconductores a alta temperatura podrían hacerse realidad los fantásticos coches volantes que se ven en Regreso al futuro , Minority Report y La guerra de las galaxias. En teoría, se podría llevar un cinturón hecho de imanes superconductores que permitiría levitar sin esfuerzo. Con tal cinturón, uno podría volar en el aire como Supermán. Los superconductores a temperatura ambiente son tan notables que aparecen en muchas novelas de ciencia ficción (tales como la serie Mundo Anillo escrita por Larry Niven en 1970). Durante décadas los físicos han buscado superconductores a temperatura ambiente sin éxito. Ha sido un proceso tedioso de ensayo y error, probando un material tras otro. Pero en 1986 se descubrió una nueva clase de sustancias llamadas «superconductores a alta temperatura» que se hacen superconductoras a unos 90 grados sobre el cero absoluto, o 90 K, lo que causó sensación en el mundo de la física. Parecía que se abrían las compuertas. Mes tras mes, los físicos competían por conseguir el próximo récord mundial para un superconductor. Durante un tiempo pareció que la posibilidad de superconductores a temperatura ambiente saltaba de las páginas de las novelas de ciencia ficción a nuestras salas de estar. Pero tras algunos años de movimiento a velocidad de vértigo, la investigación en superconductores a alta temperatura empezó a frenarse. Actualmente, el récord mundial para un superconductor a alta temperatura lo tiene una sustancia llamada óxido de cobre y mercurio, talio, bario y calcio, que se hace superconductor a 138 K (–135 ºC). Esta temperatura relativamente alta está todavía muy lejos de la temperatura ambiente. Pero este récord de 138 K sigue siendo importante. El nitrógeno se licúa a 77 K, y el nitrógeno líquido cuesta casi lo mismo que la leche ordinaria. De modo que podría utilizarse nitrógeno líquido para enfriar esos superconductores a alta temperatura a un coste muy bajo. (Por supuesto, los superconductores a temperatura ambiente no necesitarían ser enfriados.)
Resulta bastante embarazoso que por el momento no exista ninguna teoría que explique las propiedades de estos superconductores a alta temperatura. De hecho, un premio Nobel aguarda al físico emprendedor que pueda explicar cómo funcionan los superconductores a alta temperatura. (Estos superconductores a alta temperatura están formados por átomos dispuestos en diferentes capas. Muchos físicos teorizan que esta estratificación del material cerámico hace posible que los electrones fluyan libremente dentro de cada capa, creando un superconductor. Pero sigue siendo un misterio cómo sucede con exactitud.) Debido a esa falta de conocimiento, los físicos tienen que recurrir a procedimientos de ensayo y error para buscar nuevos superconductores a alta temperatura. Esto significa que los míticos superconductores a temperatura ambiente pueden ser descubiertos mañana, el año que viene o nunca. Nadie sabe cuándo se encontrará una sustancia semejante, si es que llega a encontrarse. Pero si se descubren superconductores a temperatura ambiente, podría desencadenarse una marea de aplicaciones comerciales. Campos magnéticos un millón de veces más intensos que el campo magnético de la Tierra (que es de 0,5 gauss) podrían convertirse en un lugar común. Una propiedad común de la superconductividad se denomina efecto Meissner. Si colocamos un imán sobre un superconductor, el imán levitará, como si estuviera mantenido por una fuerza invisible. (La razón del efecto Meissner es que el imán tiene el efecto de crear un imán «imagen especular» dentro del superconductor, de modo que el imán original y el imán «imagen especular» se repelen. Otra manera de verlo es que los campos magnéticos no pueden penetrar en un superconductor; por el contrario, los campos magnéticos son expulsados. Por ello, si se mantiene un imán sobre un superconductor, sus líneas de fuerza son expulsadas por el superconductor, y así las líneas de fuerza empujan al imán hacia arriba, haciéndolo levitar.) Utilizando el efecto Meissner, podemos imaginar un futuro en que las carreteras estén construidas con estas cerámicas especiales. Entonces, imanes colocados en nuestros cinturones o los neumáticos de nuestros automóviles nos permitirían flotar mágicamente hasta nuestro destino, sin ninguna fricción ni pérdida de energía. El efecto Meissner actúa solo en materiales magnéticos, tales como metales. Pero también es posible utilizar imanes superconductores para hacer levitar materiales no magnéticos, llamados paramagnéticos y diamagnéticos. Estas sustancias no tienen propiedades magnéticas por sí mismas: solo adquieren sus propiedades magnéticas en presencia de un campo magnético externo. Las sustancias paramagnéticas son atraídas por un imán externo, mientras que las diamagnéticas son repelidas por un imán externo. El agua, por ejemplo, es diamagnética. Puesto que todos los seres vivos están hechos de agua, pueden levitar en presencia de un potente campo magnético. En un campo magnético de unos 15 teslas (30.000 veces el campo de la Tierra), los científicos han hecho levitar animales pequeños, tales como ranas. Pero si los superconductores a temperatura ambiente se hicieran una realidad, sería posible
hacer levitar también grandes objetos no magnéticos gracias a su carácter diamagnético. En conclusión, campos de fuerza como los descritos habitualmente en la ciencia ficción no encajan en la descripción de las cuatro fuerzas del universo. Pero quizá sea posible simular muchas propiedades de los campos de fuerza utilizando un escudo multicapa consistente en ventanas de plasma, cortinas láser, nanotubos de carbono y fotocromática. Pero el desarrollo de un escudo semejante podría tardar muchas décadas, o incluso un siglo. Y si llegaran a encontrarse superconductores a temperatura ambiente, seríamos capaces de utilizar potentes campos magnéticos para hacer levitar automóviles y trenes y elevarnos en el aire, como en las películas de ciencia ficción. Dadas estas consideraciones, yo clasificaría los campos de fuerza como una imposibilidad de clase I; es decir, algo que es imposible con la tecnología de hoy, pero posible, en una forma modificada, dentro de un siglo más o menos.
2 Invisibilidad Uno no puede depender de sus ojos cuando su imaginación está desenfocada. MARK TWAIN
En Star Trek IV: El viaje a casa , la tripulación del Enterprise se apropia de un crucero de batalla Klingon. A diferencia de las naves espaciales de la Flota Estelar de la Federación, las naves espaciales del imperio Klingon tienen un «dispositivo de ocultación» secreto que las hace invisibles a la luz o el radar, de modo que las naves de Klingon pueden deslizarse sin ser detectadas tras las naves espaciales de la Federación y tenderles emboscadas con impunidad. Este dispositivo de ocultación ha dado al imperio Klingon una ventaja estratégica sobre la Federación de Planetas. ¿Realmente es posible tal dispositivo? La invisibilidad ha sido siempre una de las maravillas de la ciencia ficción y de lo fantástico, desde las páginas de El hombre invisible al mágico manto de invisibilidad de los libros de Harry Potter, o el anillo en El señor de los anillos. Pero durante un siglo al menos, los físicos han descartado la posibilidad de mantos de invisibilidad, afirmando lisa y llanamente que son imposibles: violan las leyes de la óptica y no se adecúan a ninguna de las propiedades conocidas de la materia. Pero hoy lo imposible puede hacerse posible. Nuevos avances en «metamateriales» están obligando a una revisión importante de los libros de texto de óptica. Se han construido en el laboratorio prototipos operativos de tales materiales que han despertado un gran interés en los medios de comunicación, la industria y el ejército al hacer que lo visible se haga invisible.
LA INVISIBILIDAD A TRAVÉS DE LA HISTORIA La invisibilidad es quizá una de las ideas más viejas en la mitología antigua. Desde el comienzo de la historia escrita, las personas que se han encontrado solas en una noche procelosa se han sentido aterrorizadas por los espíritus invisibles de los muertos, las almas de los que desaparecieron hace tiempo que acechan en la oscuridad. El héroe griego Perseo pudo acabar con la malvada Medusa armado con el yelmo de la invisibilidad. Los generales de los ejércitos han soñado con un dispositivo de invisibilidad. Siendo invisible, uno podría atravesar las líneas enemigas y capturar al enemigo por sorpresa. Los criminales podrían utilizar la invisibilidad para llevar a cabo robos espectaculares. La invisibilidad desempeñaba un papel central en la teoría de Platón de la ética y la moralidad. En
su principal obra filosófica, La República, Platón narra el mito del anillo de Giges.1 El pobre pero honrado pastor Giges de Lidia entra en una cueva oculta y encuentra una tumba que contiene un cadáver que lleva un anillo de oro. Giges descubre que ese anillo de oro tiene el poder mágico de hacerle invisible. Pronto este pobre pastor queda embriagado con el poder que le da este anillo. Después de introducirse subrepticiamente en el palacio del rey, Giges utiliza su poder para seducir a la reina y, con la ayuda de esta, asesinar al rey y convertirse en el próximo rey de Lidia. La moraleja que deseaba extraer Platón es que ningún hombre puede resistir la tentación de poder robar y matar a voluntad. Todos los hombres son corruptibles. La moralidad es una construcción social impuesta desde fuera. Un hombre puede aparentar ser moral en público para mantener su reputación de integridad y honestidad, pero una vez que posee el poder de la invisibilidad, el uso de dicho poder sería irresistible. (Algunos creen que esta moraleja fue la inspiración para la trilogía de El señor de los anillos de J.R.R. Tolkien, en la que un anillo que garantiza la invisibilidad a quien lo lleva es también una fuente de mal.) La invisibilidad es asimismo un elemento habitual en la ciencia ficción. En la serie Flash Gordon de la década de 1950, Flash se hace invisible para escapar al pelotón de fusilamiento de Ming el Despiadado. En las novelas y las películas de Harry Potter, Harry lleva un manto especial que le permite moverse por el colegio Hogwarts sin ser detectado. H.G. Wells dio forma concreta a esta mitología con su clásica novela El hombre invisible, en la que un estudiante de medicina descubre accidentalmente el poder de la cuarta dimensión y se hace invisible. Por desgracia, él utiliza este fantástico poder para su beneficio privado, empieza una oleada de crímenes menores, y al final muere tratando de huir desesperadamente de la policía.
LAS ECUACIONES DE MAXWELL Y EL SECRETO DE LA LUZ Solo con la obra del físico escocés James Clerk Maxwell, uno de los gigantes de la física del siglo XIX, los físicos tuvieron una comprensión firme de las leyes de la óptica. Maxwell era, en cierto sentido, lo contrario de Michael Faraday. Mientras que Faraday tenía un soberbio instinto experimental pero ninguna educación formal, Maxwell, un contemporáneo de Faraday, era un maestro de las matemáticas avanzadas. Destacó como estudiante de física matemática en Cambridge, donde Isaac Newton había trabajado dos siglos antes. Newton había inventado el cálculo infinitesimal, que se expresaba en el lenguaje de las «ecuaciones diferenciales», que describen cómo los objetos experimentan cambios infinitesimales en el espacio y el tiempo. El movimiento de las ondas oceánicas, los fluidos, los gases y las balas de cañón podían expresarse en el lenguaje de las ecuaciones diferenciales. Maxwell tenía un objetivo claro: expresar los revolucionarios hallazgos de Faraday y sus campos de fuerza mediante ecuaciones diferenciales
precisas. Maxwell partió del descubrimiento de Faraday de que los campos eléctricos podían convertirse en campos magnéticos, y viceversa. Asumió las representaciones de Faraday de los campos de fuerza y las reescribió en el lenguaje preciso de las ecuaciones diferenciales, lo que dio lugar a uno de los más importantes conjuntos de ecuaciones de la ciencia moderna. Constituyen un conjunto de ocho ecuaciones diferenciales de aspecto imponente. Cualquier físico e ingeniero del mundo tiene que jurar sobre ellas cuando llega a dominar el electromagnetismo en la facultad. A continuación, Maxwell se hizo la pregunta decisiva: si los campos magnéticos pueden convertirse en campos eléctricos y viceversa, ¿qué sucede si se están convirtiendo continuamente unos en otros en una pauta inacabable? Maxwell encontró que estos campos electromagnéticos crearían una onda muy parecida a las olas en el mar. Calculó la velocidad de dichas ondas y, para su asombro, ¡descubrió que era igual a la velocidad de la luz! En 1864, tras descubrir este hecho, escribió proféticamente: «Esta velocidad es tan próxima a la de la luz que parece que tenemos una buena razón para concluir que la propia luz… es una perturbación electromagnética». Fue quizá uno de los mayores descubrimientos de la historia humana. El secreto de la luz se revelaba por fin. Evidentemente, Maxwell se dio cuenta de que todas las cosas, el brillo del amanecer, el resplandor de la puesta de Sol, los extraordinarios colores del arco iris y el firmamento estrellado podían describirse mediante las ondas que garabateaba en una hoja de papel. Hoy entendemos que todo el espectro electromagnético —desde el radar a la televisión, la luz infrarroja, la luz ultravioleta, los rayos X, las microondas y los rayos gamma— no es otra cosa que ondas de Maxwell, que a su vez son vibraciones de los campos de fuerza de Faraday. Al comentar la importancia de las ecuaciones de Maxwell, Einstein escribió que son «las más profundas y fructíferas que ha experimentado la física desde la época de Newton». (Por desgracia, Maxwell, uno de los más grandes físicos del siglo XIX, murió a la temprana edad de cuarenta y ocho años de un cáncer de estómago, probablemente la misma enfermedad de la que murió su madre a la misma edad. Si hubiera vivido más tiempo, podría haber descubierto que sus ecuaciones permitían distorsiones del espacio-tiempo que llevarían directamente a la teoría de la relatividad de Einstein. Es extraordinario darse cuenta de que si Maxwell hubiera vivido más tiempo, la relatividad podría haberse descubierto en la época de la guerra civil norteamericana.) La teoría de la luz de Maxwell y la teoría atómica dan explicaciones sencillas de la óptica y la invisibilidad. En un sólido, los átomos están fuertemente concentrados, mientras que en un líquido o en un gas las moléculas están mucho más espaciadas. La mayoría de los sólidos son opacos porque los rayos de luz no pueden atravesar la densa matriz de átomos en un sólido, que actúa como un muro de ladrillo. Por el contrario, muchos líquidos y gases son transparentes porque la luz pasa con más facilidad entre los grandes espacios entre sus átomos, un espacio que es mayor que la longitud de onda de la luz visible. Por ejemplo, el agua, el alcohol, el amoniaco, la acetona, el agua oxigenada, la
gasolina y similares son transparentes, como lo son gases tales como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, el dióxido de carbono, el metano y otros similares. Existen excepciones importantes a esta regla. Muchos cristales son, además de sólidos, transparentes. Pero los átomos de un cristal están dispuestos en una estructura reticular precisa, ordenados en filas regulares, con un espaciado regular entre ellos. Así, un haz luminoso puede seguir muchas trayectorias a través de una red cristalina. Por consiguiente, aunque un cristal está tan fuertemente empaquetado como cualquier sólido, la luz puede abrirse camino a través del cristal. Bajo ciertas condiciones, un objeto sólido puede hacerse transparente si los átomos se disponen al azar. Esto puede hacerse calentando ciertos materiales a alta temperatura y enfriándolos rápidamente. El vidrio, por ejemplo, es un sólido con muchas propiedades de un líquido debido a la disposición aleatoria de sus átomos. Algunos caramelos también pueden hacerse transparentes con este método. Es evidente que la invisibilidad es una propiedad que surge en el nivel atómico, mediante las ecuaciones de Maxwell, y por ello sería extraordinariamente difícil, si no imposible, de reproducir utilizando métodos ordinarios. Para hacer invisible a Harry Potter habría que licuarlo, hervirlo para crear vapor, cristalizarlo, calentarlo de nuevo y luego enfriarlo, todo lo cual sería muy difícil de conseguir incluso para un mago. El ejército, incapaz de crear aviones invisibles, ha intentado hacer lo que más se les parece: crear tecnología furtiva, que hace los aviones invisibles al radar. La tecnología furtiva se basa en las ecuaciones de Maxwell para conseguir una serie de trucos. Un caza a reacción furtivo es perfectamente visible al ojo humano, pero su imagen en la pantalla de un radar enemigo solo tiene el tamaño que correspondería a un pájaro grande. (La tecnología furtiva es en realidad una mezcla de trucos. Cambiando los materiales dentro del caza a reacción, reduciendo su contenido de acero y utilizando en su lugar plásticos y resinas, cambiando los ángulos de su fuselaje, reordenando sus toberas, y así sucesivamente, es posible hacer que los haces del radar enemigo que inciden en el aparato se dispersen en todas direcciones, de modo que nunca vuelven a la pantalla del radar enemigo. Incluso con tecnología furtiva, un caza a reacción no es del todo invisible; lo que hace es desviar y dispersar tantas ondas de radar como es técnicamente posible.)
METAMATERIALES E INVISIBILIDAD Pero quizá el más prometedor entre los nuevos desarrollos que implican invisibilidad es un nuevo material exótico llamado un «metamaterial», que tal vez un día haga los objetos verdaderamente invisibles. Resulta irónico que la creación de metamateriales se considerara en otro tiempo imposible porque violaban las leyes de la óptica. Pero en 2006, investigadores de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte, y del Imperial College de Londres, desafiaron con éxito la sabiduría
convencional y utilizaron metamateriales para hacer un objeto invisible a la radiación de microondas. Aunque hay aún muchos obstáculos que superar, ahora tenemos por primera vez en la historia un diseño para hacer invisibles objetos ordinarios. (La Agencia de Investigación de Proyectos Avanzados de Defensa [DARPA] del Pentágono financió esta investigación.) Según Nathan Myhrvold, antiguo jefe de tecnología en Microsoft, el potencial revolucionario de los metamateriales «cambiará por completo nuestro enfoque de la óptica y casi todos los aspectos de la electrónica. […] Algunos de estos metamateriales pueden hacer realidad hazañas que habrían parecido milagrosas hace solo unas décadas».2 ¿Qué son estos metamateriales? Son sustancias que tienen propiedades ópticas que no se encuentran en la naturaleza. Los metamateriales se crean insertando en una sustancia minúsculos implantes que obligan a las ondas electromagnéticas a curvarse de formas heterodoxas. En la Universidad de Duke los científicos insertaron en bandas de cobre minúsculos circuitos eléctricos dispuestos en círculos planos concéntricos (una forma que recuerda algo a las resistencias de un horno eléctrico). El resultado fue una mezcla sofisticada de cerámica, teflón, compuestos de fibra y componentes metálicos. Estos minúsculos implantes en el cobre hacen posible curvar y canalizar de una forma específica la trayectoria de la radiación de microondas. Pensemos en cómo fluye un río alrededor de una roca. Puesto que el agua rodea fácilmente la roca, la presencia de la roca no se deja sentir aguas abajo. Del mismo modo, los metamateriales pueden alterar y curvar continuamente la trayectoria de las microondas de manera que estas fluyan alrededor de un cilindro, por ejemplo, lo que haría esencialmente invisible a las microondas todo lo que hay dentro del cilindro. Si el material puede eliminar toda la reflexión y todas las sombras, entonces puede hacer un objeto totalmente invisible para dicha forma de radiación. Los científicos demostraron satisfactoriamente este principio con un aparato hecho de diez anillos de fibra óptica cubiertos con elementos de cobre. Un anillo de cobre en el interior del aparato se hacía casi invisible a la radiación de microondas, pues solo arrojaba una sombra minúscula. En el corazón de los metamateriales está su capacidad para manipular algo llamado «índice de refracción». La refracción es la curvatura que experimenta la trayectoria de la luz cuando atraviesa un medio transparente. Si usted mete la mano en el agua, o mira a través de los cristales de sus gafas, advertirá que el agua y el cristal distorsionan y curvan la trayectoria de la luz ordinaria. La razón de que la luz se curve en el cristal o en el agua es que la luz se frena cuando entra en un medio transparente denso. La velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma, pero la luz que viaja a través del agua o del cristal debe atravesar billones de átomos y con ello se frena. (El cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad más lenta de la luz dentro de un medio es lo que se llama índice de refracción. Puesto que la luz se frena en el vidrio, el índice de refracción de este es siempre mayor que 1,0.) Por ejemplo, el índice de refracción es 1,0 para el vacío, 1,0003 para el aire, 1,5 para el vidrio y 2,4 para el diamante. Normalmente, cuanto más denso es el medio, mayor es el
grado de curvatura, y mayor el índice de refracción. Un efecto familiar del índice de refracción es un espejismo. Si usted viaja en coche un día tórrido y mira hacia delante al horizonte, verá cómo la carretera parece brillar y crea la ilusión de un lago donde se refleja la luz. En el desierto pueden verse a veces las siluetas de ciudades y montañas distantes en el horizonte. Esto se debe a que el aire caliente que sube del asfalto o del suelo del desierto tiene una densidad menor que el aire normal, y por lo tanto un índice de refracción menor que el del aire más frío que le rodea; por ello, la luz procedente de objetos distantes puede refractarse en el asfalto hacia sus ojos y producirle la ilusión de que está viendo objetos distantes. Normalmente, el índice de refracción es constante. Un fino haz de luz se curva cuando entra en el vidrio y luego sigue una línea recta. Pero supongamos por un momento que pudiéramos controlar el índice de refracción a voluntad, de modo que pudiera cambiar de forma continua en cada punto del vidrio. A medida que la luz se moviera en este nuevo material, se iría curvando y alabeando en nuevas direcciones, en una trayectoria que serpentearía a través de la sustancia. Si pudiéramos controlar el índice de refracción dentro de un metamaterial de modo que la luz rodeara a un objeto, entonces el objeto se haría invisible. Para ello, este metamaterial debería tener un índice de refracción negativo, lo que cualquier libro de texto de óptica dice que es imposible. (Los metamateriales fueron teorizados por primera vez en un artículo del físico soviético Victor Veselago en 1967, y se demostró que tenían propiedades ópticas extrañas, tales como un índice de refracción negativo y efecto Doppler inverso. Los metamateriales son tan extraños y aparentemente absurdos que en otro tiempo se pensó que eran imposibles de construir. Pero en los últimos años se han construido metamateriales en el laboratorio, lo que ha obligado a los físicos reacios a reescribir los libros de texto de óptica.) Los investigadores en metamateriales sufren el acoso continuo de periodistas que quieren saber cuándo habrá mantos de invisibilidad en el mercado. La respuesta es: no en un futuro cercano. Según David Smith, de la Universidad de Duke: «Los periodistas llaman y solo quieren que les digas un número. Un número de meses, un número de años. Presionan y presionan y presionan, hasta que al final les dices, bien, quizá quince años. Ya tiene usted su titular, ¿verdad? Quince años para el manto de Harry Potter». Por eso ahora se niega a dar ningún calendario concreto.3 Los fans de Harry Potter y de Star Trek quizá tengan que esperar. Aunque un verdadero manto de invisibilidad es posible dentro de las leyes de la física, como reconocerán la mayoría de los físicos, aún quedan formidables obstáculos técnicos antes de que esta tecnología pueda extenderse para trabajar con luz visible y no solo radiación de microondas. En general, las estructuras internas implantadas dentro del metamaterial deben ser más pequeñas que la longitud de onda de la radiación. Por ejemplo, las microondas pueden tener una longitud de onda de unos 3 centímetros, de modo que para que un metamaterial curve la trayectoria de las microondas debe tener insertados en su interior implantes minúsculos menores que 3 centímetros.
Pero para hacer un objeto invisible a la luz verde, con una longitud de onda de 500 nanómetros (nm), el metamaterial debe tener insertadas estructuras que sean solo de unos 50 nanómetros de longitud, y estas son escalas de longitud atómica que requieren nanotecnología. (Un nanómetro es una milmillonésima de metro. Aproximadamente cinco átomos pueden caber en un nanómetro.) Este es quizá el problema clave al que se enfrentan nuestros intentos de crear un verdadero manto de invisibilidad. Los átomos individuales dentro de un metamaterial tendrían que ser modificados para curvar un rayo de luz como una serpiente.
METAMATERIALES PARA LUZ VISIBLE La carrera ha empezado. Desde que se anunció que se han fabricado materiales en el laboratorio se ha producido una estampida de actividad en esta área, con nuevas ideas y sorprendentes avances cada pocos meses. El objetivo es claro: utilizar nanotecnología para crear metamateriales que puedan curvar la luz visible, no solo las microondas. Se han propuesto varios enfoques, todos ellos muy prometedores. Uno de ellos es utilizar la tecnología ya disponible, es decir, tomar prestadas técnicas ya conocidas de la industria de semiconductores para crear nuevos metamateriales. Una técnica llamada «fotolitografía» está en el corazón de la miniaturización informática, y con ello impulsa la revolución de los ordenadores. Esta tecnología permite a los ingenieros colocar cientos de millones de minúsculos transistores en una pastilla de silicio no mayor que un pulgar. La razón de que la potencia de los ordenadores se duplique cada dieciocho meses (lo que se conoce como ley de Moore) es que los científicos utilizan luz ultravioleta para «grabar» componentes cada vez más pequeños en un chip de silicio. Esta técnica es muy similar al modo en que se utilizan las plantillas para crear vistosas camisetas. (Los ingenieros de ordenadores empiezan con una delgada tableta de silicio y aplican sobre ella capas extraordinariamente delgadas de materiales diversos. Luego se coloca sobre la tableta una máscara plástica que actúa como una plantilla. Esta contiene los complejos perfiles de los cables, transistores y componentes de ordenador que constituyen el esqueleto básico del circuito. La tableta se baña entonces en radiación ultravioleta, que tiene una longitud de onda muy corta, y dicha radiación imprime la estructura en la tableta fotosensible. Tratando la tableta con gases y ácidos especiales, la circuitería completa de la máscara queda grabada en las zonas de la tableta que estuvieron expuestas a la luz ultravioleta. Este proceso crea una tableta que contiene centenares de millones de surcos minúsculos, que forman los perfiles de los transistores.) Actualmente, los componentes más pequeños que se pueden crear con este proceso de grabado son de unos 53 nm (o unos 150 átomos de largo). Un hito en la búsqueda de la invisibilidad se alcanzó cuando esta técnica de grabado de tabletas fue
utilizada por un grupo de científicos para crear el primer metamaterial que opera en el rango de la luz visible. Científicos en Alemania y en el Departamento de Energía de Estados Unidos anunciaron a principios de 2007 que, por primera vez en la historia, habían fabricado un metamaterial que funcionaba para luz roja. Lo «imposible» se había conseguido en un tiempo notablemente corto. El físico Costas Soukoulis del Laboratorio Ames en Iowa, junto con Stefan Linden, Martin Wegener y Gunnar Dolling de la Universidad de Karlsruhe, en Alemania, fueron capaces de crear un metamaterial que tenía un índice de –0,6 para la luz roja, con una longitud de onda de 780 nm. (Previamente, el récord mundial para radiación curvada por un metamaterial era 1.400 nm, que lo sitúa en el rango del infrarrojo, fuera del rango de la luz visible.) Los científicos empezaron con una lámina de vidrio, y luego depositaron una delgada capa de plata, otra de fluoruro de magnesio, y después otra capa de plata, para hacer un «sándwich» de fluoruro de solo 100 nm de espesor. Luego, utilizando técnicas de grabado estándar, crearon un gran conjunto de microscópicos agujeros cuadrados en el sándwich, que formaban una rejilla parecida a una red de pesca. (Los agujeros son de solo 100 nm de lado, mucho menos que la longitud de onda de la luz roja.) A continuación hicieron pasar un haz de luz roja a través del material y midieron su índice, que era – 0,6. Esos físicos prevén muchas aplicaciones de esta tecnología. Los metamateriales «pueden llevar un día al desarrollo de un tipo de superlente plana que opere en el espectro visible —dice el doctor Soukoulis—. Una lente semejante ofrecería una resolución superior a la tecnología convencional, captando detalles mucho más pequeños que una longitud de onda de luz».4 La aplicación inmediata de tal «superlente» sería fotografiar objetos microscópicos, tales como el interior de una célula humana viva, con una claridad sin paralelo, o diagnosticar enfermedades de un bebé dentro del vientre de su madre. Idealmente, se podrían obtener fotografías de los componentes de una molécula de ADN sin tener que utilizar la más tosca cristalografía de rayos X. Hasta ahora esos científicos han conseguido un índice de refracción negativo solo para luz roja. Su próximo paso sería utilizar esta tecnología para crear un metamaterial que curvara la luz roja enteramente alrededor de un objeto, haciéndolo invisible a dicha luz. Estas líneas de investigación pueden tener desarrollos futuros en el área de los «cristales fotónicos». El objetivo de la tecnología de cristales fotónicos es crear un chip que utilice luz, en lugar de electricidad, para procesar información. Esto supone utilizar nanotecnología para grabar minúsculos componentes en una tableta, de modo que el índice de refracción cambie con cada componente. Los transistores que utilizan luz tienen varias ventajas sobre los que utilizan electricidad. Por ejemplo, las pérdidas de calor son mucho menores en los cristales fotónicos. (En los chips de silicio avanzados, el calor generado es suficiente para freír un huevo. Por ello deben ser enfriados continuamente o de lo contrario fallarán, pero mantenerlos fríos es muy costoso.) No es sorprendente que la ciencia de los cristales fotónicos sea ideal para los metamateriales, puesto que ambas tecnologías implican la
manipulación del índice de refracción de la luz en la nanoescala.
INVISIBILIDAD VÍA PLASMÓNICA Para no quedarse atrás, otro grupo anunció a mediados de 2007 que había creado un metamaterial que curva luz visible utilizando una tecnología completamente diferente, llamada «plasmónica». Los físicos Henri Lezec, Jennifer Dionne y Harry Atwater del Instituto de Tecnología de California (Caltech) anunciaron que habían creado un metamaterial que tenía un índice negativo para la más difícil región azul-verde del espectro visible de la luz. El objetivo de la plasmónica es «estrujar» la luz de modo que se puedan manipular objetos en la nanoescala, especialmente en la superficie de metales. La razón de que los metales conduzcan la electricidad es que los electrones están débilmente ligados a los átomos del metal, de modo que pueden moverse con libertad a lo largo de la superficie de la red metálica. La electricidad que fluye por los cables de su casa representa el flujo uniforme de estos electrones débilmente ligados en la superficie metálica. Pero en ciertas condiciones, cuando un haz luminoso incide en la superficie metálica, los electrones pueden vibrar al unísono con el haz luminoso original, lo que da lugar a movimientos ondulatorios de los electrones en la superficie metálica (llamados plasmones), y estos movimientos ondulatorios laten al unísono con el haz luminoso original. Y lo que es más importante, estos plasmones se pueden «estrujar» de modo que tengan la misma frecuencia que el haz original (y con ello lleven la misma información) pero tengan una longitud de onda mucho más pequeña. En principio se podrían introducir estas ondas estrujadas en nanocables. Como sucede con los cristales fotónicos, el objetivo último de la plasmónica es crear chips de ordenador que computen utilizando luz en lugar de electricidad. El grupo del Caltech construyó su metamaterial a partir de dos capas de plata, con un aislante de silicio-nitrógeno en medio (de un espesor de solo 50 nm), que actuaba como una «guía de onda» que podía guiar la dirección de las ondas plasmónicas. Luz láser entra y sale del aparato a través de dos rendijas horadadas en el metamaterial. Analizando los ángulos a los que se curva la luz láser cuando atraviesa el metamaterial, se puede verificar que la luz está siendo curvada mediante un un índice negativo.
EL FUTURO DE LOS METAMATERIALES Los avances en metamateriales se acelerarán en el futuro por la sencilla razón de que ya hay un gran interés en crear transistores que utilicen haces luminosos en lugar de electricidad. Por consiguiente, la investigación en invisibilidad puede «subirse al carro» de la investigación en curso en cristales
fotónicos y plasmónica para crear sustitutos para el chip de silicio. Ya se están invirtiendo centenares de millones de dólares a fin de crear sustitutos para la tecnología del silicio, y la investigación en metamateriales se beneficiará de estos esfuerzos de investigación. Debido a los grandes avances que se dan en este campo cada pocos meses, no es sorprendente que algunos físicos piensen que algún tipo de escudo de invisibilidad puede salir de los laboratorios en unas pocas décadas. Por ejemplo, los científicos confían en que en los próximos años serán capaces de crear metamateriales que puedan hacer a un objeto totalmente invisible para una frecuencia de luz visible, al menos en dos dimensiones. Hacer esto requerirá insertar minúsculos nanoimplantes ya no en una formación regular, sino en pautas sofisticadas, de modo que la luz se curve suavemente alrededor de un objeto. A continuación, los científicos tendrán que crear metamateriales que puedan curvar la luz en tres dimensiones, no solo en las superficies bidimensionales planas. La fotolitografía ha sido perfeccionada para hacer tabletas de silicio planas, pero crear metamateriales tridimensionales requerirá apilar tabletas de una forma complicada. Después de eso, los científicos tendrán que resolver el problema de crear metamateriales que puedan curvar no solo una frecuencia, sino muchas. Esta será quizá la tarea más difícil, puesto que los minúsculos implantes que se han ideado hasta ahora solo curvan luz de una frecuencia precisa. Los científicos tal vez tendrán que crear metamateriales basados en capas, y cada capa curvará una frecuencia específica. La solución a este problema no está clara. En cualquier caso, una vez que se obtenga finalmente un escudo de invisibilidad, será probablemente un aparato complicado. El manto de Harry Potter estaba hecho de tela delgada y flexible, y volvía invisible a cualquiera que se metiese dentro. Pero para que esto sea posible, el índice de refracción dentro de la tela tendría que estar cambiando constantemente de forma complicada mientras la tela se agitara, lo que no resulta práctico. Lo más probable es que un verdadero «manto» de invisibilidad tenga que estar hecho de un cilindro sólido de metamateriales, al menos inicialmente. De esa manera, el índice de refracción podría fijarse dentro del cilindro. (Versiones más avanzadas podrían incorporar con el tiempo metamateriales que sean flexibles y puedan retorcerse, y aun así hacer que la luz fluya en la trayectoria correcta dentro de los metamateriales. De esta manera, cualquiera que estuviera en el interior del manto tendría cierta flexibilidad de movimientos.) Algunos han señalado un defecto en el escudo de invisibilidad: cualquiera que estuviese dentro no sería capaz de mirar hacia fuera sin hacerse visible. Imaginemos a un Harry Potter totalmente invisible excepto por sus ojos, que parecerían estar flotando en el aire. Cualquier agujero para los ojos en el manto de invisibilidad sería claramente visible desde el exterior. Si Harry Potter fuera invisible se encontraría ciego bajo su manto de invisibilidad. (Una posible solución a este problema sería insertar dos minúsculas placas de vidrio cerca de la posición de los agujeros para los ojos. Estas placas de vidrio actuarían como «divisores de haz», que dividen una minúscula porción de la luz que incide
en las placas y luego envía la luz a los ojos. De este modo, la mayor parte de la luz que incidiera en el manto fluiría a su alrededor, haciendo a la persona invisible, pero una minúscula cantidad de luz sería desviada hacia los ojos.) Por terribles que sean estas dificultadas, científicos e ingenieros son optimistas en que algún tipo de manto de invisibilidad pueda construirse en las próximas décadas.
INVISIBILIDAD Y NANOTECNOLOGÍA Como he mencionado antes, la clave para la invisibilidad puede estar en la nanotecnología, es decir, la capacidad de manipular estructuras de tamaño atómico de una milmillonésima de metro. El nacimiento de la nanotecnología data de una famosa conferencia de 1959 impartida por el premio Nobel Richard Feynman ante la Sociedad Americana de Física, con el irónico título «Hay mucho sitio al fondo». En dicha conferencia especulaba sobre lo que podrían parecer las máquinas más pequeñas compatibles con las leyes de la física conocidas. Feynman era consciente de que podían construirse máquinas cada vez más pequeñas hasta llegar a distancias atómicas, y entonces podrían utilizarse los átomos para crear otras máquinas. Máquinas atómicas, tales como poleas, palancas y ruedas, estaban dentro de las leyes de la física, concluía él, aunque serían extraordinariamente difíciles de hacer. La nanotecnología languideció durante años porque manipular átomos individuales estaba más allá de la tecnología de la época. Pero en 1981 los físicos hicieron un gran avance con la invención del microscopio de efecto túnel, que les valió el premio Nobel de Física a los científicos Gerd Binning y Heinrich Rohrer que trabajaban en el Laboratorio IBM en Zurich. De repente, los físicos podían obtener sorprendentes «imágenes» de átomos individuales dispuestos como se presentan en los libros de química, algo que los críticos de la teoría atómica consideraban imposible en otro tiempo. Ahora era posible obtener magníficas fotografías de átomos alineados en un cristal o un metal. Las fórmulas químicas utilizadas por los científicos, con una serie compleja de átomos empaquetados en una molécula, podían verse a simple vista. Además, el microscopio de efecto túnel hizo posible la manipulación de átomos individuales. De hecho, se escribieron las letras «IBM» tomando átomos de uno en uno, lo que causó sensación en el mundo científico. Los científicos ya no iban a ciegas cuando manipulaban átomos individuales, sino que realmente podían verlos y jugar con ellos. El microscopio de efecto túnel es engañosamente simple. Como una aguja de fonógrafo que explora un disco, una sonda aguda pasa lentamente sobre el material a analizar. (La punta es tan aguda que consiste en un solo átomo.) Una pequeña carga eléctrica se coloca en la sonda, y una corriente fluye desde la sonda, a través del material, hasta la superficie que hay debajo. Cuando la sonda pasa sobre un átomo individual, la cantidad de corriente que fluye a través de la sonda varía, y las variaciones son
registradas. La corriente aumenta y disminuye a medida que la aguja pasa por encima de los átomos, trazando así su perfil con notable detalle. Después de muchos pasos, representando las fluctuaciones en los flujos de corriente se pueden obtener bellas imágenes de los átomos individuales que forman una red. (El microscopio de efecto túnel es posible gracias a una extraña ley de la física cuántica. Normalmente los electrones no tienen energía suficiente para pasar de la sonda, a través de la sustancia, a la superficie subyacente; pero debido al principio de incertidumbre, hay una pequeña probabilidad de que los electrones en la corriente «tuneleen» o penetren en la barrera, incluso si esto está prohibido por la teoría newtoniana. Así, la corriente que fluye a través de la sonda es sensible a minúsculos efectos cuánticos en el material. Más adelante discutiré con detalle los efectos de la teoría cuántica.) La sonda es también suficientemente sensible para mover átomos individuales y crear «máquinas» sencillas a partir de átomos individuales. La tecnología está ahora tan avanzada que puede mostrarse un racimo de átomos en una pantalla de ordenador, y entonces, moviendo simplemente el cursor del ordenador, los átomos pueden moverse en la dirección que uno quiera. Se pueden manipular montones de átomos a voluntad, como si se estuviera jugando con bloques Lego. Además de formar las letras del alfabeto utilizando átomos individuales, se pueden crear asimismo juguetes atómicos, tales como un ábaco hecho de átomos individuales. Los átomos están dispuestos en una superficie con ranuras verticales. Dentro de estas ranuras verticales se pueden insertar buckybolas de carbono (que tienen la forma de un balón de fútbol, pero están hechas de átomos de carbono individuales). Estas bolas de carbono pueden moverse entonces arriba y abajo en cada ranura, con lo que se tiene un ábaco atómico. También es posible grabar dispositivos atómicos utilizando haces de electrones. Por ejemplo, científicos de la Universidad de Cornell han hecho la guitarra más pequeña del mundo, veinte veces más pequeña que un cabello humano, grabada en silicio cristalino. Tiene seis cuerdas, cada una de 100 átomos de grosor, y las cuerdas pueden ser pulsadas utilizando un microscopio de fuerzas atómicas. (Esta guitarra producirá música realmente, pero las frecuencias que produce están muy por encima del rango de audición humana.) De momento, la mayoría de estas «máquinas» nanotech son meros juguetes. Aún están por crear máquinas más complicadas con engranajes y cojinetes. Pero muchos ingenieros confían en que no está lejos el tiempo en que seremos capaces de producir verdaderas máquinas atómicas. (Las máquinas atómicas se encuentran realmente en la naturaleza. Las células pueden nadar libremente en el agua porque pueden agitar pelos minúsculos. Pero cuando se analiza la juntura entre el pelo y la célula se ve que es realmente una máquina atómica que permite que el pelo se mueva en todas direcciones. Así, una clave para desarrollar la nanotecnología es copiar a la naturaleza, que dominó el arte de las máquinas atómicas hace miles de millones de años.)
HOLOGRAMAS E INVISIBILIDAD Otra manera de hacer a una persona parcialmente invisible es fotografiar el escenario que hay detrás de ella y luego proyectar directamente esa imagen de fondo en la ropa de la persona o en una pantalla que lleve delante. Vista de frente parece que la persona se haya hecho transparente, que la luz haya atravesado de alguna manera su cuerpo. Naoki Kawakami, del Laboratorio Tachi en la Universidad de Tokio, ha trabajado arduamente en este proceso, que se denomina «camuflaje óptico». Kawakami dice: «Se utilizaría para ayudar a los pilotos a ver a través del suelo de la cabina en una pista de aterrizaje, o a los conductores que tratan de ver a través de una valla para aparcar un automóvil». El «manto» de Kawakami está cubierto con minúsculas cuentas reflectantes que actúan como una pantalla de cine. Una videocámara fotografía lo que hay detrás del manto. Luego esta imagen se introduce en un proyector de vídeo que ilumina la parte frontal del manto, de modo que parece que la luz ha pasado a través de la persona. Prototipos del manto de camuflaje óptico existen realmente en el laboratorio. Si miramos directamente a una persona que lleve este manto tipo pantalla, parece que haya desaparecido, porque todo lo que vemos es una imagen de lo que hay tras la persona. Pero si movemos un poco los ojos, la imagen en el manto no cambia, lo que nos dice que es un fraude. Un camuflaje óptico más realista necesitaría crear la ilusión de una imagen 3D. Para ello se necesitarían hologramas. Un holograma es una imagen 3D creada mediante láseres (como la imagen 3D de la princesa Leia e n La guerra de las galaxias). Una persona podría hacerse invisible si el escenario de fondo fuera fotografiado con una cámara holográfica especial y la imagen holográfica fuera luego proyectada a través de una pantalla holográfica especial colocada delante de la persona. Alguien que estuviera enfrente de la persona vería la pantalla holográfica, que contiene la imagen 3D del escenario de fondo, menos la persona. Parecería que la persona había desaparecido. En lugar de dicha persona habría una imagen 3D precisa del escenario de fondo. Incluso si se movieran los ojos no se podría decir que lo que se estaba viendo era un fraude. Estas imágenes 3D son posibles porque la luz láser es «coherente», es decir, todas las ondas están vibrando perfectamente al unísono. Los hologramas se generan haciendo que un haz láser coherente se divida en dos partes. La mitad del haz incide en una película fotográfica. La otra mitad ilumina un objeto, rebota en este y luego incide en la misma película fotográfica. Cuando estos dos haces interfieren en la película se crea una figura de interferencia que codifica toda la información que hay en la onda 3D original. Cuando se revela la película, no dice mucho; es algo parecido a una intrincada figura de tela de araña con remolinos y líneas. Pero cuando se permite que un haz láser incida en esta película, súbitamente aparece como por arte de magia una réplica 3D exacta del objeto original. No obstante, los problemas técnicos que plantea la invisibilidad holográfica son formidables. Un reto es crear una cámara holográfica que sea capaz de tomar al menos 50 fotogramas por segundo.
Otro problema es almacenar y procesar toda la información. Finalmente, habría que proyectar esta imagen en una pantalla de modo que la imagen pareciera realista.
INVISIBILIDAD VÍA LA CUARTA DIMENSIÓN Deberíamos mencionar también que una manera aún más sofisticada de hacerse invisible era mencionada por H. G. Wells en El hombre invisible, e implicaba utilizar el poder de la cuarta dimensión. (Más adelante expondré con más detalle la posible existencia de dimensiones más altas.) ¿Sería posible salir de nuestro universo tridimensional y cernirnos sobre él, desde el punto de vista de una cuarta dimensión? Como una mariposa tridimensional que se cierne sobre una hoja de papel bidimensional, seríamos invisibles a cualquiera que viviera en el universo por debajo de nosotros. Un problema con esta idea es que todavía no se ha demostrado que existan dimensiones más altas. Además, un viaje hipotético a una dimensión más alta requeriría energías mucho más allá de cualquiera alcanzable con nuestra tecnología actual. Como forma viable de crear invisibilidad, este método está claramente más allá de nuestro conocimiento y nuestra capacidad actuales.
Vistos los enormes pasos dados hasta ahora para conseguir invisibilidad, esta se clasifica claramente como imposibilidad de clase I. En las próximas décadas, o al menos dentro de este siglo, una forma de invisibilidad puede llegar a ser un lugar común.
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4 Teletransporte ¡Qué maravilloso que hayamos tropezado con una paradoja! Ahora tenemos alguna esperanza de hacer progresos. NIELS BOHR
¡Yo no puedo cambiar las leyes de la física, capitán! SCOTTY, ingeniero jefe en Star Trek
El teletransporte, o la capacidad de transportar instantáneamente a una persona o un objeto de un lugar a otro, es una tecnología que podría cambiar el curso de la civilización y alterar el destino de las naciones. Podría alterar de manera irrevocable las reglas de la guerra: los ejércitos podrían teletransportar tropas detrás de las líneas enemigas o simplemente teletransportar a los líderes del enemigo y capturarlos. El sistema de transporte actual —desde los automóviles y los barcos a los aviones y los trenes, y todas las diversas industrias que sirven a estos sistemas— se haría obsoleto; sencillamente podríamos teletransportarnos al trabajo y teletransportar nuestros productos al mercado. Las vacaciones no requerirían ningún esfuerzo, pues nos teletransportaríamos a nuestro destino. El teletransporte lo cambiaría todo. La versión más antigua del teletransporte puede encontrarse en textos religiosos tales como la Biblia, donde algunas personas desaparecen como por encanto.1 Este pasaje de los Hechos de los Apóstoles en el Nuevo Testamento parece sugerir el teletransporte de Felipe de Gaza a Azoto: «Y en saliendo del agua, el Espíritu del Señor arrebató a Felipe, y el eunuco no volvió a verle, pero siguió gozoso su camino. Felipe, sin embargo, apareció en Azoto y viajó por todas las ciudades predicando la buena nueva hasta que llegó a Cesarea» (Hechos 8.36-40). El teletransporte forma parte también del arsenal de trucos e ilusiones de cualquier mago: sacar conejos de una chistera, cartas de la manga y monedas de detrás de las orejas de alguien. Uno de los trucos de magia más ambiciosos de los tiempos recientes presentaba a un elefante que desaparecía ante los ojos de unos espectadores estupefactos. En este espectáculo, un enorme elefante de varias toneladas de peso era colocado dentro de una caja. Luego, con un toque de la varita del mago, el elefante desaparecía para gran asombro de los espectadores. (Por supuesto, el elefante no desaparecía realmente. El truco se realizaba con espejos. Detrás de cada barrote de la jaula se habían colocado largas y delgadas tiras verticales de material reflectante. Cada una de estas tiras verticales reflectantes podía pivotar, como una puerta. Al comienzo del truco de magia, cuando todas estas tiras reflectantes verticales estaban alineadas detrás de las barras, los espejos no podían verse y el elefante era visible.
Pero cuando los espejos se rotaban 45 grados ante la audiencia, el elefante desaparecía, y los espectadores se quedaban mirando la imagen reflejada del lateral de la jaula.)
TELETRANSPORTE Y CIENCIA FICCIÓN La primera mención del teletransporte en la ciencia ficción ocurría en la historia de Edward Page Mitchell «El hombre sin cuerpo», publicada en 1877. En dicha historia un científico era capaz de desensamblar los átomos de un gato y transmitirlos por un cable telegráfico. Por desgracia, la batería se agotaba mientras el científico estaba tratando de teletransportarse a sí mismo. Solo conseguía teletransportar su cabeza. Sir Arthur Conan Doyle, bien conocido por sus novelas de Sherlock Holmes, estaba fascinado con la idea del teletransporte.2 Tras años de escribir novelas y relatos cortos de detectives empezó a cansarse de la serie de Sherlock Holmes y finalmente acabó con su sabueso, haciéndole caer por una cascada con el profesor Moriarty. Pero las quejas de los lectores fueron tantas que Doyle se vio obligado a resucitar al detective. Puesto que no podía acabar con Sherlock Holmes, Doyle decidió crear una serie completamente nueva, protagonizada por el profesor Challenger, que era la contrapartida de Sherlock Holmes. Ambos tenían un ingenio rápido y una vista aguda para resolver misterios. Pero mientras que Holmes utilizaba una fría lógica deductiva para descifrar casos complejos, el profesor Challenger exploraba el mundo oscuro del espiritismo y los fenómenos paranormales, teletransporte incluido. En la novela de 1927 La máquina desintegradora, el profesor conocía a un caballero que había inventado una máquina que podía desintegrar a una persona y luego recomponerla en otro lugar. Pero el profesor Challenger queda horrorizado cuando el inventor presume de que si su invento cayera en las manos equivocadas, podría desintegrar ciudades enteras con millones de personas con solo apretar un botón. El profesor Challenger utiliza entonces la máquina para desintegrar a su inventor, y abandona el laboratorio, sin recomponerlo. Más recientemente, Hollywood ha descubierto el teletransporte. La película La mosca, de 1958, examinaba gráficamente lo que podría suceder cuando el teletransporte sale mal. Mientras un científico trata de teletransportarse a través de una habitación, sus átomos se mezclan con los de una mosca que accidentalmente ha entrado en la cámara de teletransporte, y el científico se convierte en un monstruo mutado de forma grotesca, mitad humano y mitad mosca. (En 1986 se hizo una nueva versión protagonizada por Jeff Goldblum.) El teletransporte se hizo familiar por primera vez en la cultura popular con la serie Star Trek . Gene Roddenberry, el creador de Star Trek , introdujo el teletransporte en la serie porque el presupuesto de los estudios Paramount no daba para los costosos efectos especiales necesarios para simular el despegue y el aterrizaje de naves a propulsión en planetas lejanos. Sencillamente era más barato
emitir la tripulación del Enterprise a su destino. Con los años, los científicos han planteado varias objeciones sobre la posibilidad del teletransporte. Para teletransportar a alguien habría que conocer la posición exacta de cada átomo de un cuerpo vivo, lo que probablemente violaría el principio de incertidumbre de Heisenberg (que afirma que no se puede conocer al mismo tiempo la posición y la velocidad exactas de un electrón). Los productores de la serie Star Trek , cediendo a los críticos, introdujeron «compensadores de Heisenberg» en la cámara transportadora, como si se pudiesen compensar las leyes de la mecánica cuántica añadiendo un artilugio al transportador. El caso es que la necesidad de crear estos compensadores de Heisenberg quizá fuera prematura. Tal vez esos primeros críticos y científicos estuvieran equivocados.
EL TELETRANSPORTE Y LA TEORÍA CUÁNTICA Según la teoría newtoniana, el teletransporte es claramente imposible. Las leyes de Newton se basan en la idea de que la materia está hecha de minúsculas y duras bolas de billar. Los objetos no se mueven hasta que se les empuja; los objetos no desaparecen de repente y reaparecen en otro lugar. Pero en la teoría cuántica, eso es precisamente lo que las partículas pueden hacer. Las leyes de Newton, que imperaron durante doscientos cincuenta años, fueron abolidas en 1925, cuando Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger y sus colegas desarrollaron la teoría cuántica. Al analizar las extrañas propiedades de los átomos, los físicos descubrieron que los electrones actuaban como ondas y hacían saltos cuánticos en sus movimientos aparentemente caóticos dentro de los átomos. El hombre más íntimamente relacionado con estas ondas cuánticas es el físico vienés Erwin Schrödinger, que estableció la famosa ecuación de ondas que lleva su nombre, una de las más importantes de toda la física y la química. En las facultades universitarias se dedican cursos completos a resolver su famosa ecuación, y paredes enteras de bibliotecas de física están llenas de libros que examinan sus profundas consecuencias. En teoría, la totalidad de la química puede reducirse a soluciones de esta ecuación. En 1905 Einstein había mostrado que las ondas luminosas pueden tener propiedades de tipo partícula; es decir, pueden describirse como paquetes de energía llamados fotones. Pero en los años veinte se estaba haciendo evidente para Schrödinger que lo contrario también era cierto: que partículas como electrones podían exhibir un comportamiento ondulatorio. Esta idea fue señalada por primera vez por el físico francés Louis de Broglie, que ganó el premio Nobel por esa conjetura. (Demostramos esto a nuestros estudiantes de grado en la universidad. Disparamos electrones dentro de un tubo de rayos catódicos como los que se suelen encontrar en los televisores. Los electrones pasan por un minúsculo agujero, de modo que normalmente uno esperaría ver un punto minúsculo donde los electrones incidieran en la pantalla del televisor. En lugar de ello se encuentran anillos concéntricos
de tipo onda, que es lo que se esperaría si una onda, y no una partícula puntual, hubiera atravesado el agujero.) Un día Schrödinger dio una conferencia sobre este curioso fenómeno. Fue retado por un colega físico, Peter Debye, que le preguntó: si los electrones se describen mediante ondas, ¿cuál es su ecuación de ondas? Desde que Newton creó el cálculo infinitesimal, los físicos habían sido capaces de describir las ondas en términos de ecuaciones diferenciales, de modo que Schrödinger tomó la pregunta de Debye como un reto para escribir la ecuación diferencial para las ondas electrónicas. Ese mes Schrödinger se fue de vacaciones, y cuando volvió tenía dicha ecuación. Así, de la misma manera que antes que él Maxwell había tomado los campos de fuerza de Faraday y extraído las ecuaciones de Maxwell para la luz, Schrödinger tomó las ondas de materia de De Broglie y extrajo la ecuación de Schrödinger para los electrones. (Los historiadores de la ciencia han dedicado muchos esfuerzos a tratar de averiguar qué estaba haciendo exactamente Schrödinger cuando descubrió su famosa ecuación que había de cambiar para siempre el paisaje de la física y la química modernas. Al parecer, Schrödinger creía en el amor libre y a menudo estaba acompañado en sus vacaciones por sus amantes y su mujer. Incluso mantenía un diario detallado donde apuntaba sus numerosas amantes, con códigos elaborados concernientes a cada encuentro. Los historiadores creen ahora que estaba en la villa Herwig, en los Alpes, con una de sus novias el fin de semana en que descubrió su ecuación.) Cuando Schrödinger empezó a resolver su ecuación para el átomo de hidrógeno encontró, para su gran sorpresa, los niveles de energía exactos del hidrógeno que habían sido cuidadosamente catalogados por físicos anteriores. Entonces se dio cuenta de que la vieja imagen del átomo de Niels Bohr que mostraba a los electrones zumbando alrededor del núcleo (que incluso se usa hoy en libros y en anuncios cuando se trata de simbolizar la ciencia moderna) era en realidad equivocada. Estas órbitas tendrían que ser reemplazadas por ondas que rodean el núcleo. El trabajo de Schrödinger también envió ondas de choque a través de la comunidad de físicos. De repente los físicos eran capaces de mirar dentro del propio átomo, examinar en detalle las ondas que constituían sus capas electrónicas y extraer predicciones precisas para esos niveles de energía que encajaban perfectamente con los datos. Pero quedaba una cuestión persistente que no ha dejado hasta hoy de obsesionar a los físicos. Si el electrón está descrito por una onda, entonces, ¿qué está ondulando? Esta pregunta fue respondida por el físico Max Born, que dijo que esas ondas son en realidad ondas de probabilidad. Estas ondas dan solamente la probabilidad de encontrar un electrón concreto en cualquier lugar y cualquier instante. En otras palabras, el electrón es una partícula, pero la probabilidad de encontrar dicha partícula viene dada por la onda de Schrödinger. Cuanto mayor es la onda en un punto, mayor es la probabilidad de encontrar la partícula en dicho punto.
Con estos desarrollos, azar y probabilidad se introducían repentinamente en el corazón de la física, que hasta entonces nos había dado predicciones precisas y trayectorias detalladas de partículas, desde planetas a cometas o a balas de cañón. Esta incertidumbre fue finalmente codificada por Heisenberg cuando propuso el principio de incertidumbre, es decir, el concepto de que no se puede conocer a la vez la velocidad y la posición exactas de un electrón;3 ni se puede conocer su energía exacta, medida en un intervalo de tiempo dado. En el nivel cuántico se violan todas las leyes básicas del sentido común: los electrones pueden desaparecer y reaparecer en otro lugar, y los electrones pueden estar en muchos lugares al mismo tiempo. (Resulta irónico que Einstein, el abuelo de la teoría cuántica que ayudó a iniciar la revolución en 1905, y Schrödinger, que nos dio la ecuación de ondas, estuvieran horrorizados por la introducción del azar en la física fundamental. Einstein escribió: «La mecánica cuántica merece mucho respeto. Pero una voz interior me dice que esto no es toda la verdad. La teoría ofrece mucho, pero apenas nos acerca más al secreto del viejo. Por mi parte, al menos, estoy convencido de que Él no juega a los dados».)4 La teoría de Heisenberg era revolucionaria y controvertida, pero funcionaba. De un golpe, los físicos podían explicar un gran número de fenómenos intrigantes, incluidas las leyes de la química. A veces, para impresionar a mis estudiantes de doctorado con lo extraña que es la teoría cuántica, les pido que calculen la probabilidad de que sus átomos se disuelvan repentinamente y reaparezcan al otro lado de una pared de ladrillo. Semejante suceso de teletransporte es imposible según la física newtoniana, pero está permitido según la mecánica cuántica. La respuesta, no obstante, es que habría que esperar un tiempo mucho mayor que la vida del universo para que esto ocurriera. (Si utilizáramos un ordenador para representar gráficamente la onda de Schrödinger de nuestro propio cuerpo, encontraríamos que refleja muy bien todos los rasgos del cuerpo, excepto que la gráfica sería un poco borrosa, con algunas de las ondas rezumando en todas direcciones. Algunas de las ondas se extenderían incluso hasta las estrellas lejanas. Por ello hay una probabilidad muy minúscula de que un día nos despertemos en un planeta lejano.) El hecho de que los electrones puedan estar aparentemente en muchos lugares al mismo tiempo forma la base misma de la química. Sabemos que los electrones circulan alrededor del núcleo de un átomo, como un sistema solar en miniatura. Pero átomos y sistemas solares son muy diferentes. Si dos sistemas solares colisionan en el espacio exterior, los sistemas solares se romperán y los planetas saldrán disparados al espacio profundo. Pero cuando los átomos colisionan, suelen formar moléculas que son perfectamente estables y comparten electrones. En las clases de química de bachillerato el profesor suele representar esto con un «electrón difuminado», que se parece a un balón de rugby que conecta los dos átomos. Pero lo que los profesores de química raramente dicen a sus alumnos es que el electrón no está «difuminado» entre dos átomos. Este «balón de rugby» representa la probabilidad de que el electrón
esté en muchos lugares al mismo tiempo dentro del balón. En otras palabras, toda la química, que explica las moléculas del interior de nuestros cuerpos, se basa en la idea de que los electrones pueden estar en muchos lugares al mismo tiempo, y es este compartir electrones entre dos átomos lo que mantiene unidas las moléculas de nuestro cuerpo. Sin la teoría cuántica, nuestras moléculas y átomos se disolverían instantáneamente. Esta peculiar pero profunda propiedad de la teoría cuántica (que hay una probabilidad finita de que puedan suceder los sucesos más extraños) fue explotada por Douglas Adams en su divertida novela Guía del autoestopista galáctico. Adams necesitaba una forma conveniente de viajar a gran velocidad a través de la galaxia, de modo que inventó el propulsor de improbabilidad infinito, «un nuevo y maravilloso método de atravesar enormes distancias interestelares en una nadería de segundo, sin toda esa tediosa complicación del hiperespacio». Su máquina permite cambiar a voluntad las probabilidades de cualquier suceso cuántico, de modo que incluso sucesos muy improbables se hacen un lugar común. Así, si uno quisiera saltar al sistema estelar más cercano, simplemente tendría que cambiar la probabilidad de rematerializarse en dicha estrella, y voilà!, se teletransportaría allí al instante. En realidad, los «saltos» cuánticos tan comunes dentro del átomo no pueden generalizarse fácilmente a objetos grandes tales como personas, que contienen billones de billones de átomos. Incluso si los electrones de nuestro cuerpo están danzando y saltando en su viaje fantástico alrededor del núcleo, hay tantos de ellos que sus movimientos se promedian. A grandes rasgos, esta es la razón de que en nuestro nivel las sustancias parezcan sólidas y permanentes. Por consiguiente, aunque el teletransporte está permitido en el nivel atómico, habría que esperar un tiempo mayor que la edad del universo para presenciar realmente estos extraños efectos en una escala macroscópica. Pero ¿podemos utilizar las leyes de la teoría cuántica para crear una máquina para teletransportar algo a demanda, como en las historias de ciencia ficción? Sorprendentemente, la respuesta es un sí matizado.
EL EXPERIMENTO EPR La clave para el teletransporte cuántico reside en un famoso artículo de 1935 escrito por Albert Einstein y sus colegas Boris Podolsky y Nathan Rosen, quienes, irónicamente, propusieron el experimento EPR (llamado así por las iniciales de los apellidos de los tres autores) para acabar, de una vez por todas, con la introducción de la probabilidad en la física. (Hablando de los innegables éxitos experimentales de la teoría cuántica, Einstein escribió: «Cuanto más éxito tiene la teoría cuántica, más absurda parece».)5 Si dos electrones vibran inicialmente al unísono (un estado llamado coherencia), pueden
permanecer en sincronización ondulatoria incluso si están separados por una gran distancia. Aunque los dos electrones puedan estar separados a años luz, sigue habiendo una onda de Schrödinger invisible que los conecta, como un cordón umbilical. Si algo sucede a un electrón, entonces parte de esta información es transmitida inmediatamente al otro. Esto se denomina «entrelazamiento cuántico», el concepto de que partículas que vibran en coherencia tienen algún tipo de conexión profunda que las vincula. Empecemos con dos electrones coherentes que oscilan al unísono. A continuación, hagamos que salgan disparados en direcciones opuestas. Cada electrón es como una peonza giratoria. Al giro del electrón se le llama espín y puede ser espín arriba o espín abajo dependiendo de que el eje de giro apunte hacia arriba o hacia abajo. Supongamos que el giro total del sistema es cero, de modo que si un electrón tiene espín arriba, entonces sabemos automáticamente que el otro electrón tiene espín abajo. Según la teoría cuántica, antes de hacer una medida el espín del electrón no es arriba ni abajo, sino que existe en un estado de espín arriba y abajo simultáneamente. (Una vez que hacemos una observación, la función de onda «colapsa» y deja la partícula en un estado definido.) A continuación, se mide el espín de un electrón. Si es, digamos, espín arriba, entonces sabemos instantáneamente que el otro electrón está en espín abajo. Incluso si los electrones están separados por muchos años luz, sabemos instantáneamente cuál es el espín del segundo electrón en cuanto medimos el espín del primer electrón. De hecho, lo sabemos más rápidamente que la velocidad de la luz. Puesto que estos dos electrones están «entremezclados», es decir, sus funciones de onda laten al unísono, sus funciones de onda están conectadas por un «hilo» o cordón umbilical invisible. Cualquier cosa que le suceda a uno tiene automáticamente un efecto sobre el otro. (Esto significa que, en cierto sentido, lo que nos ocurre a nosotros afecta de manera instantánea a cosas en lejanos confines del universo, puesto que nuestras funciones de onda probablemente estuvieron entrelazadas en el comienzo del tiempo. En cierto sentido hay una madeja de entrelazamiento que conecta confines lejanos del universo, incluyéndonos a nosotros.) Einstein lo llamaba burlonamente «fantasmal acción a distancia» y este fenómeno le permitía «demostrar» que la teoría cuántica estaba equivocada, en su opinión, puesto que nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz. Originalmente, Einstein diseñó el experimento EPR para que fuera el toque de difuntos por la teoría cuántica. Pero en la década de 1980, Alain Aspect y sus colegas en Francia realizaron este experimento con dos detectores separados 13 metros, midiendo los espines de fotones emitidos por átomos de calcio, y los resultados concordaban exactamente con la teoría cuántica. Al parecer, Dios sí juega a los dados con el universo. ¿Realmente viajaba la información más rápida que la luz? ¿Estaba Einstein equivocado al decir que la velocidad de la luz era la velocidad límite en el universo? No en realidad. La información sí viajaba más rápida que la velocidad de la luz, pero la información era aleatoria, y por ello inútil. No se puede enviar un mensaje real, o un código Morse, mediante el experimento EPR, incluso si la información
está viajando más rápida que la luz. Saber que un electrón en el otro extremo del universo tiene espín abajo es información inútil. No se pueden enviar las cotizaciones de la Bolsa de hoy por este método. Por ejemplo, supongamos que un amigo lleva siempre un calcetín rojo y otro verde, en orden aleatorio. Supongamos que miramos un pie y este lleva un calcetín rojo. Entonces sabemos, a una velocidad mayor que la de la luz, que el otro calcetín es verde. La información ha viajado realmente más rápida que la luz, pero esta información es inútil. Ninguna señal que contenga información no aleatoria puede enviarse mediante este método. Durante años el experimento EPR fue utilizado como ejemplo de la resonante victoria de la teoría cuántica sobre sus críticos, pero era una victoria hueca sin consecuencias prácticas. Hasta ahora.
TELETRANSPORTE CUÁNTICO Todo cambió en 1993, cuando científicos de IBM, dirigidos por Charles Bennett, demostraron que era físicamente posible teletransportar objetos, al menos en el nivel atómico, utilizando el experimento EPR.6 (Más exactamente, demostraron que se podía teletransportar toda la información contenida dentro de una partícula.) Desde entonces los físicos han sido capaces de teletransportar fotones e incluso átomos de cesio enteros. Quizá en unas pocas décadas los científicos sean capaces de teletransportar la primera molécula de ADN y el primer virus. El teletransporte cuántico explota algunas de las propiedades más extrañas del experimento EPR. En estos experimentos de teletransporte, los físicos empiezan con dos átomos, A y C. Supongamos que queremos teletransportar información del átomo A al átomo C. Entonces introducimos un tercer átomo, B, que inicialmente se entrelaza con C, de modo que B y C son coherentes. Luego ponemos en contacto el átomo A con el átomo B. A explora B, de modo que el contenido de información del átomo A es transferido al átomo B. A y B se entrelazan en el proceso. Pero puesto que B y C estaban originalmente entrelazados, la información dentro de A ha sido transferida al átomo C. En conclusión, el átomo A ha sido ahora teletransportado al átomo C, es decir, el contenido de información de A es ahora idéntico al de C. Nótese que la información dentro de A ha sido destruida (de modo que no tenemos dos copias de A después del teletransporte). Esto significa que cualquier ser hipotéticamente teletransportado moriría en el proceso. Pero el contenido de información de su cuerpo aparecería en otro lugar. Nótese también que el átomo A no se ha movido hasta la posición del átomo C. Por el contrario, es la información dentro de A (por ejemplo, su espín y polarización) la que se ha transferido a C. (Esto no significa que el átomo A se disuelva y luego reaparezca de repente en otra localización. Significa que el contenido de información del átomo A ha sido transferido a otro átomo, C.) Desde el anuncio original de este gran avance ha habido una fuerte competencia entre grupos
diferentes por estar en la vanguardia. La primera demostración histórica de teletransporte cuántico en la que se teletransportaron fotones de luz ultravioleta se llevó a cabo en 1997 en la Universidad de Innsbruck. Al año siguiente, investigadores del Caltech hicieron un experimento aún más preciso con teletransporte de fotones. En 2004 físicos de la Universidad de Viena fueron capaces de teletransportar partículas de luz a una distancia de 600 metros por debajo del río Danubio utilizando un cable de fibra óptica, lo que establecía un nuevo récord. (El propio cable tenía una longitud de 800 metros y estaba tendido a lo largo de la red de alcantarillado por debajo del río Danubio. El emisor estaba en un lado del río y el receptor en el otro.) Una crítica a estos experimentos es que fueron realizados con fotones de luz. Esto apenas es materia de ciencia ficción. Por eso fue importante que, en 2004, el teletransporte cuántico se demostrara no con fotones de luz, sino con átomos reales, lo que nos lleva un paso más cerca de un aparato de teletransporte más realista. Físicos del Instituto Nacional de Normas y Tecnología en Washington D.C. consiguieron entrelazar tres átomos de berilio y transfirieron las propiedades de un átomo a otro. Este logro fue tan importante que fue portada de la revista Nature. Otro grupo también consiguió teletransportar átomos de calcio. En 2006 se logró otro avance espectacular, que incluía por primera vez a un objeto macroscópico. Físicos del Instituto Niels Bohr de Copenhague y el Instituto Max Planck en Alemania consiguieron entrelazar un haz luminoso con un gas de átomos de cesio, una hazaña que involucraba a billones y billones de átomos. Luego codificaron la información contenida dentro de pulsos de láser y fueron capaces de teletransportar esta información a los átomos de cesio a una distancia de casi medio metro. «Por primera vez —dijo Eugene Polzik, uno de los investigadores, «se ha conseguido teletransporte cuántico entre luz (la portadora de la información) y átomos.»7
TELETRANSPORTE SIN ENTRELAZAMIENTO Los avances en teletransporte se suceden a un ritmo cada vez más rápido. En 2007 se produjo otro avance importante. Los físicos propusieron un método de teletransporte que no requiere entrelazamiento. Recordemos que el entrelazamiento es el aspecto más difícil del teletransporte cuántico. Resolver este problema podría abrir nuevas perspectivas en teletransporte. «Estamos hablando de un haz de unas 5.000 partículas que desaparecen de un lugar y reaparecen en algún otro lugar», dice el físico Aston Bradley del Centro de Excelencia para Óptica Atómica Cuántica del Consejo de Investigación Australiano en Brisbane que participó en el desarrollo del nuevo método de teletransporte.8 «Creemos que nuestro esquema está más cercano en espíritu al concepto de ficción original»,
afirma. En su enfoque, él y sus colegas toman un haz de átomos de rubidio, convierten toda su información en un haz de luz, envían este haz de luz a través de un cable de fibra óptica y luego reconstruyen el haz de átomos original en una localización lejana. Si su afirmación es válida, este método eliminaría el obstáculo número uno para el teletransporte y abriría modos completamente nuevos para teletransportar objetos cada vez más grandes. Para distinguir este nuevo método del teletransporte cuántico, el doctor Bradley ha llamado a su método «teletransporte clásico». (Esto es algo confuso, porque su método también depende mucho de la teoría cuántica, aunque no del entrelazamiento.) La clave para este nuevo tipo de teletransporte es un nuevo estado de la materia llamado un «condensado de Bose-Einstein», o BEC, que es una de las sustancias más frías de todo el universo. En la naturaleza la temperatura más fría se encuentra en el espacio exterior; es de 3 K sobre el 0 absoluto. (Esto se debe al calor residual del big bang, que aún llena el universo.) Pero un BEC está a una millonésima de milmillonésima de grado sobre el 0 absoluto, una temperatura que solo puede encontrarse en el laboratorio. Cuando ciertas formas de materia se enfrían hasta casi el cero absoluto, sus átomos se ponen en el estado de energía más baja, de modo que todos sus átomos vibran al unísono y se hacen coherentes. Las funciones de onda de todos los átomos se solapan, de manera que, en cierto sentido, un BEC es como un «superátomo» gigante en donde todos los átomos individuales vibran al unísono. Este extraño estado de la materia fue predicho por Einstein y Satyendranath Bose en 1925, pero pasarían otros setenta años hasta que en 1995 se creara finalmente un BEC en el laboratorio del MIT y en la Universidad de Colorado. Así es como funciona el dispositivo de teletransporte de Bradley y sus colegas. Primero empiezan con un conjunto de átomos de rubidio superfríos en un estado BEC. Luego aplican al BEC un haz de materia (hecho asimismo de átomos de rubidio). Estos átomos del haz también quieren colocarse en el estado de energía más baja, de modo que ceden su exceso de energía en forma de un pulso de luz. Este haz de luz es entonces enviado por un cable de fibra óptica. Lo notable es que el haz de luz contiene toda la información cuántica necesaria para describir el haz de materia original (por ejemplo, la posición y velocidad de todos sus átomos). Luego el haz de luz incide en otro BEC, que transforma el haz de luz en el haz de materia original. El nuevo método de teletransporte es enormemente prometedor, puesto que no implica el entrelazamiento de átomos. Pero este método también tiene sus problemas. Depende de forma crucial de las propiedades de los BEC, que son difíciles de crear en el laboratorio. Además, las propiedades de los BEC son muy peculiares, porque se comportan como si fueran un átomo gigantesco. En teoría, efectos cuánticos extraños, que solo vemos en el nivel atómico, pueden verse a simple vista con un BEC. En otro tiempo se pensó que esto era imposible. La aplicación práctica inmediata de los BEC es crear «láseres atómicos». Los láseres, por supuesto,
están basados en haces coherentes de fotones que vibran al unísono. Pero un BEC es una colección de átomos que vibran al unísono, de modo que es posible crear haces de átomos de un BEC que sean todos coherentes. En otras palabras, un BEC puede crear la contrapartida del láser, el láser atómico o láser de materia, que está hecho de átomos de BEC. Las aplicaciones comerciales de los láseres son enormes, y las aplicaciones comerciales de los láseres atómicos podrían ser igualmente profundas. Pero puesto que los BEC existen solo a temperaturas muy próximas al cero absoluto, el progreso en este campo será lento, aunque constante. Dados los progresos que hemos hecho, ¿cuándo podríamos ser capaces de teletransportarnos? Los físicos confían en teletransportar moléculas complejas en los años venideros. Después de eso quizá en algunas décadas pueda teletransportarse una molécula de ADN o incluso un virus. Nada hay en principio que impida teletransportar a una persona real, como en las películas de ciencia ficción, pero los problemas técnicos a los que se enfrenta tal hazaña son verdaderamente enormes. Se necesitan algunos de los mejores laboratorios de física del mundo solo para crear coherencia entre minúsculos fotones de luz y átomos individuales. Crear coherencia cuántica que implique a objetos verdaderamente macroscópicos, tales como una persona, está fuera de cuestión durante un largo tiempo. De hecho, probablemente pasarán muchos siglos, o un tiempo aún mayor, antes de que puedan teletransportarse —si es siquiera posible— objetos cotidianos.
ORDENADORES CUÁNTICOS En última instancia, el destino del teletransporte cuántico está íntimamente relacionado con el destino del desarrollo de ordenadores cuánticos. Los dos utilizan la misma física cuántica y la misma tecnología, de modo que hay una intensa fertilización cruzada entre estos dos campos. Los ordenadores cuánticos podrían reemplazar algún día al familiar ordenador digital que tenemos en nuestra mesa de trabajo. De hecho, el futuro de la economía mundial podría depender en el futuro de tales ordenadores, y por ello hay un enorme interés comercial en estas tecnologías. Algún día Silicon Valley podría convertirse en un cinturón de herrumbre, superado por las nuevas tecnologías que surgen de la computación cuántica. Los ordenadores ordinarios computan en un sistema binario de 0 y 1, llamados bits. Pero los ordenadores cuánticos son mucho más potentes. Pueden computar con qubits, que pueden tomar valores entre 0 y 1. Pensemos en un átomo colocado en un campo magnético. Gira como una peonza, de modo que su eje de giro puede apuntar arriba o abajo. El sentido común nos dice que el espín del átomo puede ser arriba o abajo, pero no ambos al mismo tiempo. Pero en el extraño mundo de lo cuántico, el átomo se describe como la suma de dos estados, la suma de un átomo con espín arriba y un átomo con espín abajo. En el extraño mundo cuántico todo objeto está descrito por la suma de
todos los estados posibles. (Si objetos grandes, como los gatos, se describen de este modo cuántico, significa que hay que sumar la función de onda de un gato vivo a la de un gato muerto, de modo que el gato no está ni vivo ni muerto, como explicaré con más detalle en el capítulo 13.) Imaginemos ahora una cadena de átomos alineados en un campo magnético, con el espín alineado en una dirección. Si un haz láser incide en esta cadena de átomos, el haz rebotará en la misma y cambiará el eje de giro de algunos de los átomos. Midiendo la diferencia entre el haz láser incidente y el saliente, hemos conseguido un complicado «cálculo» cuántico, que implica el cambio de muchos espines. Los ordenadores cuánticos están aún en su infancia. El récord mundial para una computación cuántica es 3 × 5 = 15, que difícilmente es un cálculo que suplante a los superordenadores de hoy. El teletransporte cuántico y los ordenadores cuánticos comparten la misma debilidad fatal: deben mantener la coherencia de grandes conjuntos de átomos. Si pudiera resolverse este problema, sería un avance trascendental en ambos campos. La CIA y otras organizaciones secretas están muy interesadas en los ordenadores cuánticos. Muchos de los códigos secretos en todo el mundo dependen de una «clave», que es un número entero muy grande, y de la capacidad de factorizarlo en números primos. Si la clave es el producto de dos números, cada uno de ellos de 100 dígitos, entonces un ordenador digital podría necesitar más de 100 años para encontrar estos dos factores partiendo de cero. Un código semejante es hoy día esencialmente irrompible. Pero en 1994 Peter Shor, de los Laboratorios Bell demostró que factorizar números grandes podría ser un juego de niños para un ordenador cuántico. Este descubrimiento despertó enseguida el interés de la comunidad de los servicios de inteligencia. En teoría, un ordenador cuántico podría descifrar todos los códigos del mundo y desbaratar por completo la seguridad de los sistemas de ordenadores de hoy. El primer país que sea capaz de construir un sistema semejante podría descifrar los secretos más profundos de otras naciones y organizaciones. Algunos científicos han especulado con que en el futuro la economía mundial podría depender de los ordenadores cuánticos. Se espera que los ordenadores digitales basados en el silicio alcancen su límite físico en términos de potencia de ordenador en algún momento después de 2020. Podría ser necesaria una nueva y más poderosa familia de ordenadores para que la tecnología pueda seguir avanzando. Otros están explorando la posibilidad de reproducir el poder del cerebro humano mediante ordenadores cuánticos. Por consiguiente, hay mucho en juego. Si pudiéramos resolver el problema de la coherencia, no solo seríamos capaces de resolver el reto del teletransporte, sino que también tendríamos la capacidad de hacer avances en todo tipo de tecnologías de maneras nunca vistas mediante ordenadores cuánticos. Este avance es tan importante que volveré a esta cuestión en capítulos posteriores. Como he señalado antes, es extraordinariamente difícil mantener la coherencia en el laboratorio. La más minúscula
vibración podría afectar a la coherencia de dos átomos y destruir la computación. Hoy día, es muy difícil mantener coherencia en más de solo un puñado de átomos. Los átomos que originalmente están en fase empiezan a sufrir decoherencia en cuestión de un nanosegundo, o como mucho, un segundo. El teletransporte debe hacerse muy rápidamente, antes de que los átomos empiecen a sufrir decoherencia, lo que pone otra restricción a la computación cuántica y al teletransporte. A pesar de tales desafíos, David Deutsch, de la Universidad de Oxford, cree que estos problemas pueden superarse: «Con suerte, y con ayuda de recientes avances teóricos [un ordenador cuántico], puede llegar en menos de cincuenta años […] Sería un modo enteramente nuevo de dominar la naturaleza».9 Para construir un ordenador cuántico útil necesitaríamos tener de cientos a millones de átomos vibrando al unísono, un logro que supera nuestras capacidades actuales. Teletransportar al capitán Kirk sería astronómicamente difícil. Tendríamos que crear un entrelazamiento cuántico con un gemelo del capitán Kirk. Incluso con nanotecnología y ordenadores avanzados es difícil ver cómo podría conseguirse esto. Así pues, el teletransporte existe en el nivel atómico, y eventualmente podremos teletransportar moléculas complejas e incluso orgánicas dentro de algunas décadas. Pero el teletransporte de un objeto macroscópico tendrá que esperar varias décadas o siglos, o más, si realmente es posible. Por consiguiente, teletransportar moléculas complejas, quizá incluso un virus o una célula viva, se califica como imposibilidad de clase I, que sería posible dentro de este siglo. Pero teletransportar un ser humano, aunque lo permitan las leyes de la física, puede necesitar muchos siglos más, suponiendo que sea posible. Por ello, yo calificaría ese tipo de teletransporte como una imposibilidad de clase II.
5 Telepatía Si no has encontrado nada extraño durante el día, no ha sido un buen día. JOHN WHEELER
Solo quienes intentan lo absurdo conseguirán lo imposible. M. C. ESCHER
La novela Slan, de A. E. van Vogt, capta el enorme potencial y nuestros más oscuros temores relacionados con el poder de la telepatía. Jommy Cross, el protagonista de la novela, es un «slan», una raza en extinción de telépatas superinteligentes. Sus padres fueron asesinados brutalmente por turbas airadas de humanos, que temen y odian a todos los telépatas por el enorme poder que ejercen quienes pueden introducirse en sus más íntimos pensamientos. Los humanos cazan despiadadamente a los slan como a animales. Con sus tentáculos característicos que salen de sus cabezas, los slans son muy fácilmente reconocibles. A lo largo del libro, Jommy trata de entrar en contacto con otros slans que podrían haber huido al espacio exterior para escapar de la caza de brujas emprendida por los humanos, decididos a exterminarlos. Históricamente, la lectura de la mente se ha visto como algo tan importante que con frecuencia se relacionaba con los dioses. Uno de los poderes más fundamentales de cualquier dios es la capacidad de leer nuestra mente y responder con ello a nuestras más profundas oraciones. Un verdadero telépata que pudiera leer mentes a voluntad podría convertirse fácilmente en la persona más rica y poderosa de la Tierra, capaz de entrar en las mentes de los banqueros de Wall Street o hacer chantaje y extorsionar a sus rivales. Plantearía una amenaza para la seguridad de los gobiernos. Podría robar sin esfuerzo los secretos más sensibles de una nación. Como los slans, sería temido y tal vez acosado. El enorme poder de un verdadero telépata se ponía de manifiesto en la mítica serie Fundación de Isaac Asimov, a menudo calificado el mejor escritor de ciencia ficción de todos los tiempos. Un imperio galáctico que ha gobernado durante miles de años está a punto de colapsar y arruinarse. Una sociedad secreta de científicos, llamada la Segunda Fundación, utiliza ecuaciones complejas para predecir que el imperio declinará con el tiempo y hundirá a la civilización en treinta mil años de oscuridad. Los científicos esbozan un elaborado plan basado en sus ecuaciones, en un esfuerzo por reducir ese colapso de la civilización a solo algunos miles de años. Pero entonces se produce el desastre. Sus elaboradas ecuaciones no pueden predecir un suceso singular, el nacimiento de un
mutante llamado el Mulo, que es capaz de controlar las mentes a gran distancia y con ello hacerse con el control del imperio galáctico. La galaxia está condenada a treinta mil años de caos y anarquía a menos que se pueda parar al telépata. Aunque la ciencia ficción está llena de historias fantásticas sobre telépatas, la realidad es mucho más trivial. Puesto que los pensamientos son privados e invisibles, charlatanes y estafadores se han aprovechado durante siglos de los ingenuos y los crédulos. Un sencillo truco de salón utilizado por magos y mentalistas consiste en utilizar un gancho —un cómplice infiltrado en el público cuya mente es «leída» por el mentalista. Las carreras de varios magos y mentalistas se han basado en el famoso «truco del sombrero», en el que la gente escribe mensajes privados en trozos de papel que luego se colocan en un sombrero. Entonces el mago procede a decir a los espectadores qué hay escrito en cada trozo de papel, lo que sorprende a todos. Hay una explicación engañosamente simple para este truco.1 Uno de los casos más famosos de telepatía no implicaba a un cómplice sino a un animal, Hans el Listo, un caballo maravilloso que sorprendió a la sociedad europea en la última década del siglo XIX. Hans el Listo, para sorpresa del público, podía realizar complejas hazañas de cálculo matemático. Si, por ejemplo, se le pedía que dividiera 48 por 6, el caballo daba 8 golpes con el casco. De hecho, Hans el Listo podía dividir, multiplicar, sumar fracciones, deletrear palabras e incluso identificar notas musicales. Los fans de Hans el Listo declaraban que era más inteligente que muchos humanos o que podía ver telepáticamente el cerebro de la gente. Pero Hans el Listo no era el producto de un truco ingenioso. Su maravillosa capacidad para la aritmética engañó incluso a su entrenador. En 1904 el destacado psicólogo profesor C. Strumpf analizó el caballo y no pudo encontrar ninguna prueba obvia de truco u ocultación que señalara al caballo, lo que aumentó la fascinación del público con Hans el Listo. Sin embargo, tres años más tarde un estudiante de Strumpf, el psicólogo Oskar Pfungst, hizo un test mucho más riguroso y al final descubrió el secreto de Hans el Listo. Todo lo que este hacía realmente era observar las sutiles expresiones faciales de su entrenador. El caballo seguía dando golpes con su casco hasta que la expresión facial de su entrenador cambiaba ligeramente, momento en el cual dejaba de dar golpes. Hans el Listo no podía leer la mente de la gente ni hacer aritmética; simplemente era un agudo observador de los rostros de las personas. Ha habido otros animales «telepáticos» en la historia. Ya en 1591 un caballo llamado Morocco se hizo famoso en Inglaterra y ganó una fortuna para su propietario reconociendo a personas entre el público, señalando letras del alfabeto y sumando la puntuación total de un par de dados. Causó tal sensación en Inglaterra que Shakes peare lo inmortalizó en su obra Trabajos de amor perdidos como «el caballo bailarín». Los jugadores también son capaces de leer la mente de las personas en un sentido limitado. Cuando una persona ve algo agradable, las pupilas de sus ojos normalmente se dilatan. Cuando ve algo
desagradable (o realiza un cálculo matemático), sus pupilas se contraen. Los jugadores pueden leer las emociones de sus contrarios con cara de póquer examinando si sus ojos se contraen o dilatan. Esta es la razón por la que los jugadores suelen llevar gafas negras para ocultar sus pupilas. También se puede hacer rebotar un láser en la pupila de una persona y analizar hacia dónde se refleja, y determinar con ello adónde esta mirando exactamente. Al analizar el movimiento del punto de luz láser reflejado es posible determinar cómo una persona examina una imagen. Si se combinan estas dos tecnologías se puede determinar la reacción emocional de una persona cuando examina una imagen, todo ello sin su permiso.2
INVESTIGACIÓN PSÍQUICA Los primeros estudios científicos de la telepatía y otros fenómenos paranormales fueron llevados a cabo por la Sociedad para las Investigaciones Psíquicas, fundada en Londres en 1882.3 (El nombre de «telepatía mental» fue acuñado ese año por F. W. Myers, un miembro de la sociedad.) Entre los que habían sido presidentes de dicha sociedad se encontraban algunas de las figuras más notables del siglo XIX. La sociedad, que existe todavía hoy, fue capaz de refutar las afirmaciones de muchos fraudes, pero con frecuencia se dividía entre los espiritistas, que creían firmemente en lo paranormal, y los científicos, que querían un estudio científico más serio. Un investigador relacionado con la sociedad, el doctor Joseph Banks Rhine,4 empezó el primer estudio riguroso y sistemático de los fenómenos psíquicos en Estados Unidos en 1927, y fundó el Instituto Rhine (ahora llamado Centro de Investigación Rhine) en la Universidad de Duke, en Carolina del Norte. Durante décadas, él y su mujer, Louisa, realizaron algunos de los primeros experimentos controlados científicamente en Estados Unidos sobre una gran variedad de fenómenos parapsicológicos y los publicaron en publicaciones con revisión por pares. Fue Rhine quien acuñó el nombre de «percepción extrasensorial» (ESP) en uno de sus primeros libros. De hecho, el laboratorio de Rhine fijó el nivel para la investigación psíquica. Uno de sus asociados, el doctor Karl Zener, desarrolló el sistema de cartas con cinco símbolos, ahora conocidas como cartas Zener, para analizar poderes telepáticos. La inmensa mayoría de los resultados no mostraban la más mínima evidencia de telepatía. Pero una pequeña minoría de experimentos parecía mostrar pequeñas pero apreciables correlaciones en los datos que no podían explicarse por el puro azar. El problema era que con frecuencia estos experimentos no podían ser reproducidos por otros investigadores. Aunque Rhine intentaba establecer una reputación basada en el rigor, esta se puso en entredicho tras un encuentro con un caballo llamado Lady Maravilla. Este caballo podía realizar desconcertantes hazañas de telepatía, tales como dar golpes sobre bloques de alfabeto de juguete y deletrear así palabras en las que estaban pensando los miembros de la audiencia. Al parecer, Rhine no sabía nada
del efecto Hans el Listo. En 1927 Rhine analizó a Lady Maravilla con algún detalle y concluyó: «Solo queda, entonces, la explicación telepática, la transferencia de influencia mental mediante un proceso desconocido. No se descubrió nada que no estuviera de acuerdo con ello, y ninguna otra hipótesis propuesta parece sostenible en vista de los resultados».5 Más tarde Milbourne Christopher reveló la verdadera naturaleza del poder telepático de Lady Maravilla: sutiles movimientos de la fusta que llevaba el dueño del caballo. Los movimientos sutiles de la fusta eran la clave para que Lady Maravilla dejara de golpear con el casco. (Pero incluso después de que fuera revelada la verdadera naturaleza del poder de Lady Maravilla, Rhine siguió creyendo que el caballo era verdaderamente telépata aunque, de algún modo, había perdido su poder telepático, lo que obligó al dueño a recurrir a los trucos.) La reputación de Rhine sufrió un golpe decisivo, sin embargo, cuando estaba a punto de retirarse. Estaba buscando un sucesor con una reputación sin tacha para continuar la obra de su instituto. Un candidato prometedor era el doctor Walter Levy, a quien contrató en 1973. El doctor Levy era una estrella ascendente en ese ámbito; de hecho, presentó resultados sensacionales que parecían demostrar que los ratones podían alterar telepáticamente el generador de números aleatorios de un ordenador. Sin embargo, trabajadores suspicaces del laboratorio descubrieron que el doctor Levy se introducía subrepticiamente en el laboratorio por la noche para alterar el resultado de los tests. Fue pillado con las manos en la masa mientras amañaba los datos. Tests adicionales demostraron que los ratones no poseían poderes telepáticos, y el doctor Levy se vio obligado a renunciar avergonzado a su puesto en el instituto.6
TELEPATÍA Y LA PUERTA DE LAS ESTRELLAS El interés por lo paranormal tomó un giro importante en el apogeo de la guerra fría, durante la cual se realizaron varios experimentos secretos sobre telepatía, control de la mente y visión remota. (La visión remota consiste en «ver» un lugar distante solo con la mente, leyendo las mentes de otros.) Puerta de las Estrellas era el nombre en clave de varios estudios secretos financiados por la CIA (tales como Sun Streak, Grill Flame y Center Lane). Los proyectos comenzaron en torno a 1970, cuando la CIA concluyó que la Unión Soviética estaba gastando 60 millones de rublos al año en investigación «psicotrónica». Preocupaba que los soviéticos pudieran estar utilizando ESP para localizar submarinos e instalaciones militares estadounidenses, identificar espías y leer documentos secretos. La financiación de los estudios empezó en 1972, y fueron encargados a Russell Targ y Harold Puthoff, del Instituto de Investigación de Stanford (SRI) en Menlo Park. Inicialmente trataron de entrenar a un cuadro de psíquicos que pudieran introducirse en la «guerra psíquica». Durante más de dos décadas, Estados Unidos gastó 20 millones de dólares en la Puerta de las Estrellas, con más de
cuarenta personas, veintitrés videntes remotos y tres psíquicos en la plantilla. En 1995, con un presupuesto de 500.000 dólares al año, la CIA había realizado centenares de proyectos que suponían miles de sesiones de visión remota. En concreto, a los videntes remotos se les pidió: • Localizar al coronel Gaddafi antes del bombardeo de Libia en 1986. • Encontrar almacenes de plutonio en Corea del Norte. • Localizar a un rehén secuestrado por las Brigadas Rojas en Italia en 1981. • Localizar un bombardero soviético Tu-95 que se había estrellado en África. En 1995 la CIA pidió al Instituto Americano para la Investigación (AIR) que evaluara estos programas. El AIR recomendó cancelarlos. «No hay ninguna prueba documentada que tenga valor para los servicios de inteligencia», escribió David Goslin, del AIR. Los defensores de la Puerta de las Estrellas se jactaban de que durante esos años habían obtenido resultados de «ocho martinis» (conclusiones que eran tan espectaculares que uno tenía que salir y tomarse ocho martinis para recuperarse). Sin embargo, los críticos mantenían que una inmensa mayoría de los experimentos de visión remota daba información irrelevante e inútil, y que los pocos «éxitos» que puntuaban eran vagos y tan generales que podían aplicarse a cualquier situación; en definitiva, se estaba malgastando el dinero de los contribuyentes. El informe del AIR afirmaba que los «éxitos» más espectaculares de la Puerta de las Estrellas implicaban a videntes remotos que ya habían tenido algún conocimiento de la operación que estaban estudiando, y por ello podrían haber hecho conjeturas informadas que parecieran razonables. Finalmente, la CIA concluyó que la Puerta de las Estrellas no había producido un solo ejemplo de información que ayudara a la agencia a guiar operaciones de inteligencia, de modo que canceló el proyecto. (Persistieron los rumores de que la CIA utilizó videntes remotos para localizar a Sadam Husein durante la guerra del Golfo, aunque todos los esfuerzos fueron insatisfactorios.)
EXPLORACIÓN DEL CEREBRO Al mismo tiempo, los científicos estaban empezando a entender algo de la física que hay en el funcionamiento del cerebro. En el siglo XIX los científicos sospechaban que dentro del cerebro se transmitían señales eléctricas. En 1875 Richard Caton descubrió que colocando electrodos en la superficie de la cabeza era posible detectar las minúsculas señales eléctricas emitidas por el cerebro. Esto llevó finalmente a la invención del electroencefalógrafo (EEG). En principio, el cerebro es un transmisor con el que nuestros pensamientos son emitidos en forma de minúsculas señales eléctricas y ondas electromagnéticas. Pero hay problemas al utilizar estas señales para leer los pensamientos de alguien. En primer lugar, las señales son extremadamente
débiles, en el rango de los milivatios. En segundo lugar, las señales son ininteligibles, casi indistinguibles de ruido aleatorio. De este barullo solo puede extraerse información tosca sobre nuestros pensamientos. En tercer lugar, nuestro cerebro no es capaz de recibir mensajes similares de otros cerebros mediante estas señales; es decir, carecemos de antena. Y, finalmente, incluso si pudiéramos recibir esas débiles señales, no podríamos reconstruirlas. Utilizando física newtoniana y maxwelliana ordinaria no parece que sea posible la telepatía mediante radio. Algunos creen que quizá la telepatía esté mediada por una quinta fuerza, llamada la fuerza «psi». Pero incluso los defensores de la parapsicología admiten que no tienen ninguna prueba concreta y reproducible de esta fuerza psi. Pero esto deja abierta una pregunta: ¿qué pasa con la telepatía que utilice la teoría cuántica? En la última década se han introducido nuevos instrumentos cuánticos que por primera vez en la historia nos permiten mirar dentro del cerebro pensante. Al frente de esta revolución cuántica están las exploraciones del cerebro por PET (tomografía por emisión de positrones) y MRI (imagen por resonancia magnética). Una exploración PET se crea inyectando azúcar radiactivo en la sangre. Este azúcar se concentra en regiones del cerebro que son activadas por los procesos mentales, que requieren energía. El azúcar radiactivo emite positrones (antielectrones) que son fácilmente detectados por instrumentos. Así, rastreando la pauta creada por antimateria en el cerebro vivo, también se pueden rastrear las pautas del pensamiento y aislar las regiones precisas del cerebro que están comprometidas en cada actividad. La máquina MRI actúa de la misma manera, excepto que es más precisa. La cabeza del paciente se coloca dentro en un intenso electroimán en forma de donut. El campo magnético hace que los núcleos de los átomos del cerebro se alineen paralelos a las líneas del campo. Se envía al paciente un pulso de radio, que hace que estos núcleos se tambaleen. Cuando los núcleos cambian de orientación emiten un minúsculo «eco» de radio que puede ser detectado, lo que señala la presencia de una sustancia particular. Por ejemplo, la actividad general está relacionada con el consumo de oxígeno, de modo que la máquina MRI puede aislar los procesos mentales apuntando a la presencia de sangre oxigenada. Cuanto mayor es la concentración de sangre oxigenada, mayor es la actividad mental en esa región del cerebro. (Hoy «máquinas MRI funcionales» [fMRI] pueden apuntar a minúsculas regiones del cerebro de solo un milímetro de diámetro en fracciones de segundo, lo que hace que estas máquinas sean ideales para seguir la pauta de los pensamientos del cerebro vivo.)
DETECTORES DE MENTIRAS MRI Con máquinas MRI hay una posibilidad de que algún día los científicos puedan descifrar las líneas generales de los pensamientos en el cerebro vivo. El test más simple de «lectura de la mente» sería
determinar si alguien está mintiendo o no. Según la leyenda, el primer detector de mentiras del mundo fue creado por un sacerdote indio hace siglos. Metía al sospechoso en una habitación cerrada junto con un «burro mágico», y le instruía para que tirase de la cola del animal. Si el burro empezaba a hablar, significaba que el sospechoso era un mentiroso. Si el burro permanecía en silencio, entonces el sospechoso estaba diciendo la verdad. (Pero, en secreto, el viejo ponía hollín en la cola del burro.) Una vez que el sospechoso había salido de la habitación, lo normal era que proclamara su inocencia porque el burro no había hablado al tirar de su cola. Pero entonces el sacerdote examinaba las manos del sospechoso. Si las manos estaban limpias, significaba que estaba mintiendo. (A veces, la amenaza de utilizar un detector de mentiras es más efectiva que el propio detector.) El primer «burro mágico» de los tiempos modernos fue creado en 1913, cuando el psicólogo William Marston propuso analizar la presión sanguínea de una persona, que aumentaría al decir una mentira. (Esta observación sobre la presión sanguínea se remonta en realidad a tiempos antiguos, cuando un sospechoso era interrogado mientras un investigador le sujetaba las manos.) La idea caló pronto, y el Departamento de Defensa no tardó en crear su propio Instituto Poligráfico. Pero con los años se ha hecho evidente que los detectores de mentiras pueden ser engañados por sociópatas que no muestran remordimiento por sus acciones. El caso más famoso fue el del doble agente de la CIA Aldrich Ames, que se embolsó enormes sumas de dinero de la antigua Unión Soviética por enviar a numerosos agentes de Estados Unidos a la muerte y por divulgar secretos de la armada nuclear norteamericana. Durante décadas, Ames superó una batería de pruebas de detectores de mentiras de la CIA. También lo hizo el asesino en serie Gary Ridgway, conocido como el infame asesino del río Verde; llegó a matar hasta cincuenta mujeres. En 2003 la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos publicó un informe sobre la fiabilidad de los detectores de mentiras, con una lista de todas las formas en que los detectores de mentiras podían ser engañados y personas inocentes calificadas como mentirosas. Pero si los detectores de mentiras solo miden niveles de ansiedad, ¿qué hay sobre medir el propio cerebro? La idea de observar la actividad cerebral para descubrir mentiras se remonta a veinte años atrás, al trabajo de Peter Rosenfeld de la Universidad de Northwestern, quien observó que registros EEG de personas que estaban mintiendo mostraban una pauta en las ondas P300 diferente de cuando estas personas estaban diciendo la verdad. (Las ondas P300 se suelen estimular cuando el cerebro encuentra algo nuevo o que se sale de lo normal.) La idea de utilizar exploraciones MRI para detectar mentiras se debe a Daniel Langleben de la Universidad de Pensilvania. En 1999 dio con un artículo que afirmaba que los niños que sufrían de trastorno de déficit de atención tenían dificultad para mentir, pero él sabía por experiencia que esto era falso; tales niños no tenían ningún problema para mentir. Su problema real era que tenían dificultad para inhibir la verdad. «Ellos simplemente cambian las cosas», señalaba Langleben.
Conjeturó que, para decir una mentira, el cerebro tiene que dejar primero de decir la verdad, y luego crear un engaño. Langleben afirma: «Cuando uno dice una mentira deliberada tiene que tener en su mente la verdad. Eso significa que razonar debería implicar más actividad cerebral». En otras palabras, mentir es una tarea difícil. Mediante experimentos con estudiantes universitarios en los que se les pedía que mintieran, Langleben descubrió pronto que las personas que mienten aumentan la actividad cerebral en varias regiones, incluido el lóbulo frontal (donde se concentra el pensamiento superior), el lóbulo temporal y el sistema límbico (donde se procesan las emociones). En particular, advirtió una actividad inusual en el giro cingulado anterior (que está relacionado con la resolución de conflictos y la inhibición de la respuesta).7 Langleben afirma que ha alcanzado tasas de éxito de hasta un 99 por ciento al analizar sujetos en experimentos controlados para determinar si mentían o no (por ejemplo, pedía a los estudiantes universitarios que mintiesen sobre las cartas de una baraja). El interés en esta tecnología ha sido tal que se han iniciado dos aventuras comerciales que ofrecen este servicio al público. En 2007 una compañía, No Lie MRI, asumió su primer caso, una persona que estaba en pleitos con su compañía de seguros porque esta afirmaba que él había quemado deliberadamente su tienda de delicatessen. (La exploración fMRI indicó que él no era un estafador.) Los defensores de la técnica de Langleben afirman que es mucho más fiable que el detector de mentiras a la antigua usanza, puesto que alterar pautas cerebrales está más allá del control de nadie. Aunque las personas pueden entrenarse hasta cierto punto para controlar su pulso y respiración, es imposible que controlen sus pautas cerebrales. De hecho, los defensores señalan que en una era en que cada vez hay más amenazas terroristas, esta tecnología podría salvar muchas vidas detectando un ataque terrorista a Estados Unidos. Aun concediendo este éxito aparente de la tecnología en la detección de mentiras, los que critican esta técnica han señalado que la fMRI no detecta mentiras realmente, sino solo un aumento de la actividad cerebral cuando alguien dice una mentira. La máquina podría dar resultados falsos si, por ejemplo, una persona llegara a decir la verdad en un estado de gran ansiedad. La fMRI solo detectaría la ansiedad que siente el sujeto y revelaría incorrectamente que estaba diciendo una mentira. «Hay muchas ganas de tener tests para separar la verdad del engaño», advierte el neurobiólogo Steven Hyman, de la Universidad de Harvard. Algunos críticos afirman también que un verdadero detector de mentiras, como un verdadero telépata, podría hacer que las relaciones sociales ordinarias resultasen muy incómodas, puesto que cierta cantidad de mentira es un «lubricante social» que engrasa las ruedas de la sociedad en movimiento. Por ejemplo, nuestra reputación quedaría arruinada si todos los halagos que hacemos a nuestros jefes, superiores, esposas, amantes y colegas quedaran de manifiesto como mentiras. De hecho, un verdadero detector de mentiras también podría revelar todos nuestros secretos familiares,
emociones ocultas, deseos reprimidos y planes secretos. Como ha dicho el periodista científico David Jones, un verdadero detector de mentiras es «como la bomba atómica, que debe reservarse como una especie de arma definitiva. Si se desplegara fuera de los tribunales, haría la vida social completamente imposible».8
TRADUCTOR UNIVERSAL Algunos han criticado con razón las exploraciones cerebrales porque, pese a sus espectaculares fotografías del cerebro pensante, son simplemente demasiado crudas para medir pensamientos individuales y aislados. Probablemente millones de neuronas se disparan a la vez cuando realizamos la más simple tarea mental, y la fMRI detecta esta actividad solo como una mancha en una pantalla. Un psicólogo comparaba las exploraciones cerebrales con asistir a un ruidoso partido de fútbol y tratar de escuchar a la persona que se sienta al lado. Los sonidos de dicha persona están ahogados por el ruido de miles de espectadores. Por ejemplo, el fragmento más pequeño del cerebro que puede ser analizado con fiabilidad por una máquina fMRI se llama un «voxel»; pero cada voxel corresponde a varios millones de neuronas, de modo que la sensibilidad de una máquina fMRI no es suficientemente buena para aislar pensamientos individuales. La ciencia ficción utiliza a veces un «traductor universal», un aparato que puede leer los pensamientos de una persona y luego emitirlos directamente a la mente de otra. En algunas novelas de ciencia ficción, telépatas alienígenas implantan pensamientos en nuestra mente, incluso si no pueden entender nuestro lenguaje. En la película de ciencia ficción de 1976 Mundo futuro el sueño de una mujer es proyectado en una pantalla de televisión en tiempo real. En la película de Jim Carrey de 2004 Olvídate de mí, los médicos detectan recuerdos penosos y los borran. «Ese es el tipo de fantasía que tiene todo el mundo que trabaja en este campo —dice el neurocientífico John Haynes, del Instituto Max Planck de Leipzig, Alemania—, pero si ese es el aparato que se quiere construir, entonces estoy completamente seguro de que es necesario registrar una única neurona.»9 Puesto que detectar señales de una sola neurona está descartado por ahora, algunos psicólogos han tratado de hacer lo más parecido: reducir el ruido y aislar la pauta fMRI creada por objetos individuales. Por ejemplo, sería posible identificar la pauta fMRI creada por palabras individuales, y luego construir un «diccionario de pensamientos». Marcel A. Just, de la Universidad de Carnegie-Mellon, por ejemplo, ha sido capaz de identificar la pauta fMRI creada por un grupo pequeño y selecto de objetos (por ejemplo, herramientas de carpintería). «Tenemos doce categorías y podemos determinar en cuál de las doce están pensando los sujetos con una precisión de un 80 a un 90 por ciento», afirma.
Su colega Tom Mitchell, un científico de computación, está utilizando tecnología de computación, tal como redes neurales, para identificar las complejas pautas cerebrales detectadas por exploraciones fMRI asociadas con la realización de ciertos experimentos. «Un experimento que me gustaría hacer es encontrar palabras que produzcan la actividad cerebral más distinguible», advierte. Pero incluso si podemos crear un diccionario de pensamientos, esto está muy lejos de crear un «traductor universal». A diferencia del traductor universal que envía pensamientos directamente de nuestra mente a otra mente, un traductor mental fMRI implicaría muchos pasos tediosos: primero, reconocer ciertas pautas fMRI, convertirlas en palabras inglesas y luego pronunciar esas palabras ante el sujeto. En este sentido, dicho aparato no correspondería a la «mente combinada» que aparece en Star Trek (pero seguiría siendo muy útil para las víctimas de infarto).10
ESCÁNERES MRI DE MANO Pero otro obstáculo para la telepatía práctica es el gran tamaño de una máquina fMRI. Es un aparato monstruoso, que cuesta varios millones de dólares, ocupa una habitación y pesa varias toneladas. El corazón de una máquina fMRI es un gran imán en forma de donut de varios metros de diámetro, que crea un enorme campo magnético de varios teslas. (El campo magnético es tan enorme que varios trabajadores han sido seriamente dañados cuando martillos y otras herramientas han salido volando en el momento que el aparato se ponía en marcha de manera accidental.) Recientemente los físicos Igor Savukov y Michael Romalis, de la Universidad de Princeton, han propuesto una nueva tecnología que con el tiempo podría hacer realidad las máquinas MRI de mano, lo que reduciría posiblemente en un factor cien el precio de una máquina fMRI. Según ellos, los enormes imanes de la MRI podrían reemplazarse por magnetómetros atómicos supersensibles que pueden detectar campos magnéticos minúsculos. Para empezar, Savukov y Romalis crearon un sensor magnético a base de vapor de potasio caliente suspendido en gas helio. Luego utilizaron luz láser para alinear los espines electrónicos del potasio. A continuación aplicaron un débil campo magnético a una muestra de agua (para simular un cuerpo humano). Entonces enviaron un pulso de radio a la muestra de agua que hacía que las moléculas de agua oscilaran. El «eco» resultante de las moléculas de agua oscilantes hacía que los electrones del potasio también oscilaran, y esta oscilación podría ser detectada por un segundo láser. Llegaron a un resultado clave: incluso un campo magnético débil podía producir un «eco» que podía ser distinguido por sus sensores. No solo podían reemplazar el monstruoso campo magnético de la máquina MRI estándar por un campo débil, sino también obtener imágenes instantáneamente (mientras que las máquinas MRI pueden tardar hasta veinte minutos para producir cada imagen). Con el tiempo, teorizan, tomar una foto MRI podría ser tan fácil como tomar una foto con una
cámara digital. (Hay obstáculos, no obstante. Un problema es que el sujeto y la máquina tienen que estar apantallados de campos magnéticos perdidos procedentes de fuentes externas.) Si las máquinas MRI manuales se hacen realidad, podrían acoplarse a un minúsculo ordenador, que a su vez podría estar cargado con el software capaz de descodificar ciertas frases o palabras clave. Semejante aparato nunca sería tan sofisticado como los artificios telepáticos que encontramos en la ciencia ficción, pero podrían acercarse.11
EL CEREBRO COMO UNA RED NEURAL Pero ¿alguna máquina MRI futurista podrá algún día leer pensamientos precisos, palabra por palabra, imagen por imagen, como lo haría un verdadero telépata? Esto no está tan claro. Algunos han argumentado que las máquinas MRI solo podrán descifrar vagos esbozos de nuestros pensamientos, porque realmente el cerebro no es ni mucho menos un ordenador. En un ordenador digital, la computación está localizada y obedece a un conjunto de reglas muy estricto. Un ordenador digital obedece las leyes de una «máquina de Turing», una máquina que contiene una unidad central de procesamiento (CPU), entradas y salidas. Un procesador central (por ejemplo, el chip Pentium) ejecuta un conjunto definido de manipulaciones sobre las entradas y produce una salida, y por ello «pensar» se localiza en la CPU. Nuestro cerebro, sin embargo, no es un ordenador digital . Nuestro cerebro no tiene un chip Pentium, ni CPU, ni sistema operativo Windows, ni subrutinas. Si se quita un solo transistor de la CPU de un ordenador, probablemente queda inutilizado. Pero hay casos registrados en los que puede faltar la mitad del cerebro y la otra mitad toma el mando. En realidad, el cerebro humano se parece más a una máquina de aprender, una «red neural», que se recablea continuamente después de aprender una nueva tarea. Estudios MRI han confirmado que los pensamientos en el cerebro no están localizados en un punto, como en una máquina de Turing, sino que están dispersos sobre buena parte del cerebro, lo que es una característica típica de una red neural. Exploraciones por MRI muestran que pensar es en realidad como un juego de ping-pong, con diferentes partes del cerebro que se iluminan secuencialmente y con actividad eléctrica que recorre el cerebro. Puesto que los pensamientos son tan difusos y están dispersos por muchas regiones del cerebro, quizá lo mejor que los científicos puedan hacer sea compilar un diccionario de pensamientos, es decir, establecer una correspondencia «uno a uno» entre ciertos pensamientos y pautas concretas de EEG o de exploraciones MRI. El ingeniero biomédico austríaco Gert Pfurtscheller, por ejemplo, ha entrenado a un ordenador para reconocer pautas cerebrales y pensamientos específicos concentrando sus esfuerzos en las ondas µ encontradas en EEG. Al parecer, las ondas µ están relacionadas con la
intención de hacer ciertos movimientos musculares. Él pide a sus pacientes que levanten un dedo, sonrían, o frunzan el ceño, y entonces el ordenador registra qué ondas µ se activan. Cada vez que el paciente realiza una actividad mental, el ordenador registra cuidadosamente la pauta de ondas µ. Este proceso es difícil y tedioso, puesto que hay que filtrar con cuidado ondas espurias, pero al final Pfurtscheller ha sido capaz se encontrar sorprendentes correspondencias entre movimientos simples y ciertas pautas cerebrales.12 Con el tiempo, este proyecto, combinado con resultados MRI, puede llevar a crear un «diccionario» general de pensamientos. Analizando ciertas pautas en una exploración EEG o MRI, un ordenador podría identificar tales pautas y revelar en qué está pensando un paciente, al menos en términos generales. Semejante «lectura de mente» establecería una correspondencia «uno a uno» entre ondas concretas en exploraciones MRI y pensamientos específicos. Pero es dudoso que este diccionario sea capaz de seleccionar palabras específicas en los pensamientos.
PROYECTANDO LOS PENSAMIENTOS Si un día fuéramos capaces de leer las líneas generales de los pensamientos de otro, ¿sería posible realizar lo contrario, proyectar nuestros pensamientos en la mente de otra persona? La respuesta parece ser un sí matizado. Pueden emitirse directamente ondas de radio al cerebro humano para excitar regiones de este que controlan ciertas funciones. Esta línea de investigación empezó en la década de 1950, cuando el neurocirujano canadiense Wilder Penfield practicaba cirugía en el cerebro de pacientes epilépticos. Descubrió que cuando estimulaba con electrodos ciertas regiones del lóbulo temporal del cerebro, las personas empezaban a oír voces y a ver apariciones fantasmales. Los psicólogos saben que las lesiones cerebrales causadas por la epilepsia pueden hacer que el paciente perciba fuerzas sobrenaturales, que demonios y ángeles controlan los sucesos a su alrededor. (Algunos psicólogos incluso han teorizado que la estimulación de estas regiones podría ser la causante de las experiencias semimísticas que están en la base de muchas religiones. Otros han especulado con que quizá Juana de Arco, que condujo sin ayuda a las tropas francesas a la victoria en batallas contra los británicos, podría haber sufrido una lesión semejante causada por un golpe en la cabeza.) Basándose en esas conjeturas, el neurocientífico Michael Persinger de Sudbury, Ontario, ha creado un casco especialmente cableado diseñado para emitir ondas de radio al cerebro a fin de provocar pensamientos y emociones específicos, tales como sentimientos religiosos. Los científicos saben que cierta lesión en el lóbulo temporal izquierdo puede hacer que el cerebro izquierdo se desoriente, y el cerebro podría interpretar que la actividad en el hemisferio derecho procede de otro «yo». Esta lesión podría crear la impresión de que hay un espíritu fantasmal en la habitación, porque el cerebro es
inconsciente de que esa presencia es en realidad tan solo otra parte de sí mismo. Dependiendo de sus creencias, el paciente podría interpretar ese «otro yo» como un demonio, un ángel, un extraterrestre o incluso Dios. En el futuro quizá sea posible emitir señales electromagnéticas a partes precisas del cerebro de las que se sabe que controlan funciones específicas. Lanzando tales señales a la amígdala se podrían provocar ciertas emociones. Al estimular otras regiones del cerebro se podrían evocar imágenes y pensamientos visuales. Pero la investigación en esta dirección está solo en sus primeras etapas.
CARTOGRAFIANDO EL CEREBRO Algunos científicos han defendido un «proyecto de cartografía neuronal», similar al Proyecto Genoma Humano que hizo un mapa de todos los genes en el genoma humano. Un proyecto de cartografía neuronal localizaría cada neurona individual en el cerebro humano y crearía un mapa en 3D que mostrara todas sus conexiones. Sería un proyecto verdaderamente monumental, puesto que hay más de 100.000 millones de neuronas en el cerebro y cada neurona está conectada con otras miles de neuronas. Suponiendo que dicho proyecto se lleve a cabo, cabe pensar que sería posible representar cómo ciertos pensamientos estimulan determinados caminos neurales. Combinado con el diccionario de pensamientos obtenido utilizando exploraciones MRI y ondas EEG, cabría pensar en la posibilidad de descifrar la estructura neural de ciertos pensamientos, de tal modo que se pudiera determinar qué palabras específicas o imágenes mentales corresponden a la activación de neuronas específicas. Así se conseguiría una correspondencia «uno a uno» entre un pensamiento específico, su expresión MRI y las neuronas específicas que se disparan para crear dicho pensamiento en el cerebro. Un pequeño paso en esta dirección fue el anuncio en 2006 del Instituto Allen para las Ciencias del Cerebro (creado por el cofundador de Microsoft, Paul Allen) de que habían sido capaces de crear un mapa en 3D de expresión genética del cerebro del ratón, que detalla la expresión de 21.000 genes en el nivel celular. Piensan continuar con un atlas similar del cerebro humano. «La terminación del atlas cerebral Allen representa un enorme salto adelante en una de las grandes fronteras de la ciencia médica: el cerebro», afirma Marc Tessier-Lavigne, presidente del instituto. Este atlas sería indispensable para quien quiera analizar las conexiones neurales dentro del cerebro humano, aunque el atlas del cerebro queda bastante lejos de un verdadero proyecto de mapa neuronal.
En resumen, la telepatía natural, del tipo que se suele presentar en la ciencia ficción y la literatura fantástica, es hoy imposible. Pueden utilizarse exploraciones MRI y ondas EEG para leer solo nuestros pensamientos más sencillos, porque los pensamientos están dispersos de forma compleja por todo el cerebro. Pero ¿cómo podría avanzar esta tecnología en las décadas o siglos venideros?
Inevitablemente la capacidad de la ciencia para sondear los procesos mentales se va a expandir exponencialmente. A medida que aumente la sensibilidad de nuestros MRI y otros dispositivos sensores, la ciencia será capaz de localizar con mayor precisión el modo en que el cerebro procesa secuencialmente pensamientos y emociones. Con mayor potencia de computación seríamos capaces de analizar esta masa de datos con mayor precisión. Un diccionario del pensamiento podría catalogar un gran número de pautas de pensamiento, de modo que diferentes pautas en una pantalla MRI correspondan a diferentes pensamientos o sentimientos. Aunque una correspondencia «uno a uno» completa entre pautas MRI y pensamientos quizá nunca sea posible, un diccionario de pensamientos podría identificar correctamente pensamientos generales sobre ciertos temas. Las pautas de pensamiento MRI, a su vez, podrían cartografiarse en un mapa neuronal que muestre qué neuronas exactamente se están disparando para producir un pensamiento específico en el cerebro. Pero puesto que el cerebro no es un ordenador sino una red neural, en la que los pensamientos están dispersos por todo el cerebro, nos encontramos con un obstáculo: el propio cerebro. De modo que aunque la ciencia sondee cada vez a mayor profundidad en el cerebro pensante, haciendo posible descifrar algunos de nuestros procesos mentales, no será posible «leer los pensamientos» con la precisión prometida por la ciencia ficción. Dicho esto, yo calificaría a la capacidad de leer sentimientos generales y pautas de pensamiento como imposibilidad de clase I. La capacidad de leer más exactamente el funcionamiento interno de la mente tendría que ser clasificada como imposibilidad de clase II. Pero existe quizá una manera más directa de aprovechar el enorme poder del cerebro. En lugar de utilizar radio, que es débil y se dispersa con facilidad, ¿podríamos utilizar directamente las neuronas del cerebro? Si así fuera, seríamos capaces de liberar una potencia aún mayor: la psicoquinesia.
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9 Naves estelares La idea descabellada de ir a la Luna es un ejemplo del gran absurdo al que llevará a los científicos la especialización viciosa […] la proposición parece básicamente imposible. A.W. BICKERTON, 1926 Con toda probabilidad, la mejor parte de la humanidad nunca perecerá: migrará de un sol a otro a medida que estos mueran. Y por ello no hay final para la vida, el intelecto y la perfección de la humanidad. Su progreso es perenne. KONSTANTIN E. TSIOLKOVSKI, Padre de la tecnología de los cohetes
Algún día en un futuro lejano viviremos nuestro último día en la Tierra. Llegará un momento, dentro de miles millones de años, en que el cielo arderá en llamas. El Sol se hinchará en un infierno furioso que llenará el cielo entero, y empequeñecerá a cualquier otro objeto celeste. Cuando la temperatura de la Tierra aumente, los océanos hervirán y se evaporarán, y solo quedará un paisaje abrasado y agostado. Finalmente, las montañas se fundirán y se harán líquidas, y se formarán flujos de lava donde una vez hubo ciudades vibrantes. Según las leyes de la física, este negro escenario es inevitable. La Tierra morirá en llamas cuando sea consumida por el Sol. Esta es una ley de la física. Esta calamidad tendrá lugar dentro de los próximos 5.000 millones de años. En esa escala de tiempo cósmico, el ascenso y declive de las civilizaciones humanas son tan solo minúsculos vaivenes. Un día tendremos que dejar la Tierra o morir. Entonces, ¿cómo se las arreglará la humanidad, nuestros descendientes, cuando las condiciones en la Tierra se hagan intolerables? El matemático y filósofo Bertrand Russell se lamentaba en cierta ocasión de «que ningún ardor, ningún heroísmo, ningún pensamiento o sentimiento por intenso que sea, puede conservar una vida más allá de la tumba; que todo el esfuerzo de los tiempos, toda la devoción, toda la inspiración, todo el brillo a pleno sol del genio humano, están destinados a la extinción en la vasta muerte del sistema solar; y el templo entero de los logros del Hombre debe quedar inevitablemente enterrado bajo los restos de un universo en ruinas».1 Para mí este es uno de los pasajes más soberbios de la lengua inglesa, pero Russell escribió este pasaje en una era en que los cohetes se consideraban imposibles. Hoy día la perspectiva de tener que dejar la Tierra no es tan improbable. Carl Sagan dijo en cierta ocasión que deberíamos convertirnos en «una especie biplanetaria». La vida en la Tierra es tan preciosa, decía, que deberíamos extendernos a al menos otro planeta habitable en caso de una catástrofe. La Tierra se mueve en medio de una
«galería de tiro cósmica» de asteroides, cometas y otros residuos que vagan cerca de la órbita terrestre, y una colisión con cualquiera de ellos podría provocar nuestra desaparición.
CATÁSTROFES POR VENIR El poeta Robert Frost preguntaba si el mundo acabaría en fuego o en hielo. Utilizando las leyes de la física, podemos predecir cómo acabará el mundo en caso de una catástrofe natural. En una escala de milenios, un peligro para la civilización humana es la llegada de una nueva glaciación. La última época glacial terminó hace 10.000 años. Cuando llegue la próxima, dentro de 10.000 a 20.000 años, es posible que la mayor parte de Norteamérica esté cubierta por más de medio kilómetro de hielo. La civilización humana ha florecido dentro del reciente y minúsculo período interglacial, cuando la Tierra ha estado inusualmente caliente, pero este ciclo no puede durar para siempre. En el curso de millones de años, los impactos de grandes meteoritos o cometas en la Tierra podrían tener un efecto devastador. El último gran impacto celeste se produjo hace 65 millones de años, cuando un objeto de unos 10 kilómetros de diámetro se estrelló en la península de Yucatán, en México, y abrió un cráter de unos 350 kilómetros de diámetro, lo que acabó con los dinosaurios, que hasta entonces eran la forma de vida dominante en la Tierra. Es probable otra colisión cósmica en esa escala de tiempo. Dentro de miles de millones de años el Sol se expandirá poco a poco y consumirá a la Tierra. De hecho, calculamos que el Sol aumentará su temperatura en aproximadamente un 10 por ciento durante los próximos 1.000 millones de años y abrasará la Tierra. Nuestro planeta se consumirá por completo en 5.000 millones de años, cuando nuestro Sol se transforme en una estrella gigante roja. En realidad, la Tierra estará dentro de la atmósfera de nuestro Sol. Dentro de decenas de miles de millones de años el Sol y la Vía Láctea morirán. Cuando nuestro Sol agote finalmente su combustible hidrógeno/helio, se contraerá en una minúscula estrella enana blanca y poco a poco se enfriará hasta que se convierta en un montón de cenizas nucleares negras vagando por el vacío del espacio. La Vía Láctea chocará con la galaxia vecina, Andrómeda, que es mucho más grande que nuestra galaxia. Los brazos espirales de la Vía Láctea se desgajarán, y nuestro Sol podría ser lanzado al espacio profundo. Los agujeros negros en el centro de las dos galaxias ejecutarán una danza de la muerte antes de colisionar y fusionarse finalmente. Dado que la humanidad deberá dejar un día el sistema solar y dirigirse hacia estrellas vecinas para sobrevivir, o de lo contrario perecer, la pregunta es: ¿cómo llegaremos allí? El sistema estelar más próximo, Alfa Centauri, está a más de 4 años luz. Los cohetes convencionales con propulsión química, los caballos de arrastre del actual programa espacial, apenas alcanzan 70.000 kilómetros por hora. A
esa velocidad se necesitarían 70.000 años solo para visitar la estrella más próxima. Si analizamos hoy el programa espacial, hay un enorme vacío entre nuestras pobres capacidades actuales y los requisitos de una auténtica nave estelar que nos permitiera empezar a explorar el espacio. Desde la exploración de la Luna a principios de la década de 1970, nuestro programa espacial tripulado ha enviado astronautas a una órbita a tan solo 500 kilómetros por encima de la Tierra en la lanzadera espacial y en la Estación Espacial Internacional. Para 2010, no obstante, la NASA planea sustituir la lanzadera espacial por la nave espacial Orión, que finalmente llevará de nuevo a los astronautas a la Luna el año 2020, tras un paréntesis de cincuenta años. El plan consiste en establecer una base tripulada y permanente en la Luna. Después de eso podría lanzarse una misión tripulada a Marte. Obviamente hay que encontrar un nuevo tipo de diseño de cohete si queremos llegar alguna vez a las estrellas. O bien aumentamos radicalmente el empuje de nuestros cohetes, o aumentamos el tiempo durante el que actúan. Un gran cohete químico, por ejemplo, puede tener un empuje de varios millones de kilogramos, pero solo actúa durante unos pocos minutos. Por el contrario, otros diseños de cohetes, tales como el motor iónico (que se describe en los párrafos siguientes), pueden tener un empuje débil pero ser capaces de operar durante años en el espacio exterior. Cuando se trata de cohetes, la tortuga vence a la liebre.
MOTORES IÓNICOS Y DE PLASMA A diferencia de los cohetes químicos, los motores iónicos no producen el chorro repentino y drástico de gases supercalientes que propulsa a los cohetes convencionales. De hecho, su empuje es mucho menor. Colocados sobre una mesa en la Tierra, son demasiado débiles para mover algo. Pero lo que les falta en empuje les sobra en duración, porque pueden actuar durante años en el vacío del espacio exterior. Un típico motor iónico se parece al interior de un tubo de televisor. Una corriente eléctrica calienta un filamento y crea un haz de átomos ionizados, tales como xenón, que salen disparados por el extremo del cohete. En lugar de ser impulsados por un chorro de gases explosivos y calientes, los motores iónicos son impulsados por un tenue pero continuo flujo de iones. El impulsor iónico NSTAR de la NASA fue probado en el espacio exterior a bordo de la exitosa sonda Deep Space 1, lanzada en 1998. El motor iónico funcionó durante 678 días, y estableció un nuevo récord para motores iónicos. La Agencia Espacial Europea también ha probado un motor iónico en su sonda Smart 1. La sonda espacial japonesa Hayabusa, que llegó a un asteroide, estaba impulsada por cuatro motores iónicos de xenón. Aunque no tenga mucho atractivo, el motor iónico podrá hacer misiones de largo recorrido (que no sean urgentes) entre planetas. De hecho, los motores iónicos
pueden convertirse algún día en los caballos de tiro para el transporte interplanetario. Una versión más potente del motor iónico es el de plasma, por ejemplo el VASIMR (cohete de magnetoplasma de impulso específico variable), que utiliza un potente chorro de plasma para impulsarse a través del espacio. Diseñado por el astronauta e ingeniero Franklin Chang-Diaz, utiliza radioondas y campos magnéticos para calentar hidrógeno hasta un millón de grados centígrados. El plasma supercaliente es entonces eyectado por el extremo del cohete, lo que produce un empuje importante. Prototipos del motor se han construido ya en tierra, aunque ninguno ha sido enviado todavía al espacio. Algunos ingenieros confían en que el motor de plasma pueda utilizarse para llevar una misión a Marte, reduciendo significativamente el tiempo de viaje a unos pocos meses. Algunos diseños utilizan energía solar para alimentar el plasma en el motor. Otros diseños utilizan fisión nuclear (lo que aumenta los problemas de seguridad, puesto que supone poner grandes cantidades de materiales nucleares en el espacio en naves que pueden sufrir accidentes). Pero ni el motor iónico ni el motor de plasma/VASIMR tienen potencia suficiente para llevarnos a las estrellas. Para eso necesitamos una serie de diseños de propulsión completamente nuevos. Un serio inconveniente en el diseño de una nave estelar es la extraordinaria cantidad de combustible necesaria para hacer un viaje incluso a la estrella más cercana, y el largo período de tiempo antes de que la nave llegue a su lejano destino.
VELEROS SOLARES Una propuesta que puede resolver estos problemas es el velero solar. Explota el hecho de que la luz solar ejerce una presión muy pequeña pero continua que es suficiente para impulsar un enorme velero a través del espacio. La idea de un velero solar es antigua, pues se remonta al gran astrónomo Johannes Kepler en su tratado Somnium, de 1611. Aunque la física que hay detrás de un velero solar es bastante sencilla, los avances se han centrado en crear realmente un velero solar que pueda enviarse al espacio. En 2004 un cohete japonés desplegó con éxito dos pequeños prototipos de veleros solares en el espacio. En 2005 la Sociedad Planetaria, Cosmos Studios, y la Academia Rusa de Ciencias lanzaron el velero espacial Cosmos 1 desde un submarino en el mar de Barents, pero el cohete Volna que lo transportaba falló y el velero no llegó a su órbita. (Un intento previo con un velero suborbital también había fracasado en 2001.) Pero en febrero de 2006 el cohete japonés M-V consiguió poner en órbita un velero solar de 15 metros, si bien la vela no llegó a desplegarse por completo. Aunque los avances en la tecnología de veleros solares han sido penosamente lentos, sus defensores tienen otra idea que podría llevarlos a las estrellas: construir una enorme batería de láseres en la Luna que pueda disparar intensos haces de luz láser hacia un velero solar y hacerlo llegar a la estrella más
próxima. La física de dicho velero solar interplanetario es verdaderamente abrumadora. La propia vela tendría que tener cientos de kilómetros y ser construida por completo en el espacio exterior. Habría que construir miles de potentes láseres en la Luna, cada uno de ellos capaz de funcionar continuamente durante años o décadas. (Se estima que sería necesario disparar láseres que tengan mil veces la potencia total actual del planeta Tierra.) Sobre el papel, un enorme velero ligero podría viajar a la mitad de la velocidad de la luz. Un velero solar semejante tardaría solo unos ocho años en llegar a las estrellas cercanas. La ventaja de tal sistema de propulsión es que podría utilizar la tecnología ya disponible. No habría que descubrir ninguna nueva ley de la física para crear dicho velero solar. Pero hay grandes problemas económicos y técnicos. Los problemas de ingeniería para crear una vela de cientos de kilómetros, impulsada por miles de potentes haces de luz láser colocados en la Luna, son formidables, y requieren una tecnología que podría estar a más de un siglo en el futuro. (Un problema con el velero solar interestelar es el regreso. Habría que crear una segunda batería de haces láser en una luna distante para propulsar el velero de vuelta a la Tierra. O quizá la nave podría rodear a una estrella y utilizarla como una honda para obtener suficiente velocidad para el viaje de regreso. Entonces los láseres en la Luna se utilizarían para decelerar el velero de modo que pudiera aterrizar en la Tierra.)
ESTATORREACTOR DE FUSIÓN Mi candidato favorito para llevarnos a las estrellas es el motor estatorreactor de fusión. Hay abundancia de hidrógeno en el universo, de modo que un motor estatorreactor podría recoger hidrógeno a medida que viajara por el espacio exterior, lo que le daría una fuente esencialmente inagotable de combustible. Una vez recogido el hidrógeno sería calentado hasta millones de grados, lo bastante caliente para que el hidrógeno se fusionara y liberara la energía de una reacción termonuclear. El motor estatorreactor de fusión fue propuesto por el físico Robert W. Bussard en 1960, y más tarde popularizado por Carl Sagan. Bussard calculaba que un motor estatorreactor que pesara unas 1.000 toneladas podría en teoría mantener un empuje constante de 1 g de fuerza, es decir, comparable a permanecer en la superficie de la Tierra. Si el motor estatorreactor pudiera mantener una aceleración 1 g durante un año, alcanzaría un 77 por ciento de la velocidad de la luz, suficiente para hacer del viaje interestelar una seria posibilidad. Los requisitos para el motor estatorreactor de fusión son fáciles de calcular. En primer lugar, conocemos la densidad media del hidrógeno a lo largo del universo. También podemos calcular aproximadamente cuánto hidrógeno hay que quemar para alcanzar aceleraciones de 1 g. Este cálculo, a su vez, determina qué tamaño debe tener la «pala» para recoger hidrógeno. Con unas pocas hipótesis
razonables, se puede demostrar que se necesitaría una pala de unos 160 kilómetros de diámetro. Aunque crear una pala de este tamaño sería prohibitivo en la Tierra, construirla en el espacio exterior plantea menos problemas debido a la ingravidez. En principio, el motor estatorreactor podría autopropulsarse indefinidamente y alcanzar finalmente sistemas estelares lejanos en la galaxia. Puesto que el tiempo pasa con lentitud dentro del cohete, según Einstein, sería posible alcanzar distancias astronómicas sin recurrir a poner a la tripulación en animación suspendida. Después de acelerar a 1 g durante once años, según los relojes dentro de la nave estelar, la nave alcanzaría el cúmulo estelar de las Pléyades, que está a 400 años luz. En 23 años llegaría a la galaxia Andrómeda, situada a 2 millones de años luz de la Tierra. En teoría, la nave espacial podría llegar al límite del universo visible dentro del tiempo de vida de un miembro de la tripulación (aunque en la Tierra habrían pasado miles de millones de años). Una incertidumbre clave es la reacción de fusión. El reactor de fusión ITER, cuya construcción está programada en el sur de Francia, combina dos raras formas de hidrógeno (deuterio y tritio) para extraer energía. En el espacio exterior, sin embargo, la forma más abundante del hidrógeno consiste en un solo protón rodeado por un electrón. Por lo tanto, el motor estatorreactor de fusión tendría que explotar la reacción de fusión protón-protón. Aunque el proceso de fusión deuterio/tritio ha sido estudiado durante décadas por los físicos, el proceso de fusión protón-protón se conoce peor, es más difícil de conseguir y produce menos energía. Por ello, dominar la reacción protón-protón más difícil será un reto técnico en las próximas décadas. (Además, algunos ingenieros han cuestionado que el motor estatorreactor pudiera superar efectos de arrastre cuando se aproximara a la velocidad de la luz.) Hasta que se desarrollen la física y la economía de la fusión protón-protón es difícil hacer estimaciones precisas respecto a la viabilidad del estatorreactor. Pero este diseño está en la corta lista de candidatos posibles para cualquier misión a las estrellas que se contemple.
EL COHETE ELECTRÓNICO NUCLEAR En 1956 la Comisión de Energía Atómica (AEC) de Estados Unidos empezó a considerar seriamente los cohetes nucleares en el Proyecto Rover. En teoría, se utilizaría un reactor de fisión nuclear para calentar gases como el hidrógeno a temperaturas extremas, y luego esos gases serían expulsados por un extremo del cohete, lo que le daría un impulso. Debido al riesgo de una explosión en la atmósfera de la Tierra que implicase combustible nuclear tóxico, las primeras versiones de los motores del cohete nuclear se colocaron horizontalmente en vías de tren, donde la actuación del cohete podía registrarse con todo cuidado. El primer motor de cohete nuclear que se probó en el Proyecto Rover, en 1959, fue el Kiwi 1 (un nombre apropiado, pues es el de
un ave australiana incapaz de volar). En los años sesenta la NASA se unió a la AEC para crear el motor nuclear para aplicaciones a vehículos a reacción (NERVA), que fue el primer cohete nuclear probado en vertical, y no en horizontal. En 1968 este cohete nuclear fue probado en una posición invertida. Los resultados de esta investigación han sido confusos. Los cohetes eran muy complicados y con frecuencia no se encendían. Las intensas vibraciones del motor nuclear solían agrietar los depósitos de fuel y hacían que la nave se rompiera. La corrosión debida a la combustión de hidrógeno a altas temperaturas era también un problema persistente. El programa del cohete nuclear fue clausurado finalmente en 1972. (Estos cohetes atómicos tenían aún otro problema: el riesgo de una reacción nuclear incontrolada, como una pequeña bomba atómica. Aunque las centrales nucleares comerciales utilizan hoy combustible nuclear diluido y no pueden explotar como una bomba de Hiroshima, esos cohetes atómicos operaban con uranio enriquecido para crear el máximo impulso, lo que producía una minúscula detonación nuclear. Cuando el programa del cohete nuclear estaba a punto de ser cancelado, los científicos decidieron realizar una última prueba. Decidieron explotar un cohete, como una pequeña bomba atómica. Retiraron las varillas de control —que mantenían controlada la reacción nuclear—. El reactor se hizo supercrítico y explotó en una violenta bola de fuego. Esta muerte espectacular del programa del cohete nuclear fue incluso grabada en una película. A los rusos no les gustó. Consideraron que esta exhibición era una violación del Tratado de Limitación de Pruebas Nucleares, que prohibía las detonaciones de bombas nucleares no subterráneas.) Durante años el ejército ha revisitado periódicamente el cohete nuclear. Un proyecto secreto fue bautizado como el cohete nuclear Timberwind; era parte del proyecto militar de la guerra de las galaxias en los años ochenta. (Fue abandonado cuando la Federación de Científicos Americanos filtró detalles de su existencia). Lo que más preocupa del cohete de fisión nuclear es la seguridad. Incluso transcurridos cincuenta años de era espacial, los cohetes lanzadores químicos sufren fallos catastróficos aproximadamente el 1 por ciento de las veces. (Los dos fallos de las lanzaderas espaciales Challenger y Columbia, en las que murieron trágicamente catorce astronautas, fueron otra confirmaron de esta tasa de fracasos.) Sin embargo, en los últimos años la NASA ha retomado la investigación en el cohete nuclear por primera vez desde el programa NERVA de los años sesenta. En 2003 la NASA bautizó un nuevo proyecto, Prometheus, con el nombre del dios griego que dio el fuego a los humanos. En 2005 Prometheus fue financiado con 450 millones de dólares, aunque esta financiación fue considerablemente reducida hasta 100 millones en 2006. El futuro del proyecto es incierto.
COHETES PULSADOS NUCLEARES
Otra posibilidad lejana es utilizar una serie de minibombas nucleares para impulsar una nave espacial. En el Proyecto Orión, minibombas atómicas serían expulsadas secuencialmente por la parte trasera del cohete, de modo que la nave espacial «cabalgaría» sobre las ondas de choque creadas por estas minibombas de hidrógeno. Sobre el papel, este diseño podría hacer que una nave espacial alcanzara una velocidad próxima a la de la luz. Concebido originalmente en 1947 por Stanislaw Ulam, que intervino en el diseño de la primera bomba de hidrógeno, la idea fue desarrollada por Ted Taylor (uno de los jefes de diseño de cabezas nucleares para el ejército de Estados Unidos) y el físico Freeman Dyson, del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton. A finales de la década de 1950 y en la década de 1960 se hicieron cálculos detallados para este cohete interestelar. Se calculó que dicha nave espacial podría ir a Plutón y volver en menos de un año, con una velocidad de crucero máxima de un 10 por ciento de la velocidad de la luz. Pero incluso a dicha velocidad tardaría unos cuarenta y cuatro años en llegar a la estrella más próxima. Los científicos han especulado con que un arca espacial impulsada por un cohete semejante tendría que navegar durante siglos, con una tripulación multigeneracional cuya descendencia nacería y pasaría su vida en el arca espacial para que sus descendientes pudieran llegar a las estrellas cercanas. En 1959 General Atomics publicó un informe que estimaba el tamaño de una nave espacial Orión. La versión más grande, llamada Super Orión, pesaría 8 millones de toneladas, tendría un diámetro de 400 metros y sería impulsada por más de 1.000 bombas de hidrógeno. Pero un problema importante en el proyecto era la posibilidad de contaminación por residuos nucleares durante el lanzamiento. Dyson calculó que las fugas nucleares de cada lanzamiento podrían causar cánceres mortales en diez personas. Además, el pulso electromagnético (EMP) en dicho lanzamiento sería tan grande que podría desencadenar cortocircuitos masivos en los sistemas eléctricos de las cercanías. La firma del Tratado de Limitación de Pruebas Nucleares en 1965 hizo sonar la campana de muerte del proyecto. Finalmente, el principal impulsor del proyecto, el diseñador de bombas nucleares Ted Taylor, abandonó. (En cierta ocasión me confió que se había desilusionado con el proyecto cuando se dio cuenta de que la física que había tras las minibombas nucleares también podría ser utilizada por terroristas para crear bombas nucleares portátiles. Aunque el proyecto fue cancelado porque se consideró que era demasiado peligroso, su tocayo sigue viviendo en la nave espacial Orión, que la NASA ha escogido para reemplazar la lanzadera espacial en 2010.) El concepto de un cohete nuclear fue rescatado por la Sociedad Interplanetaria Británica de 1975 a 1978 con el Proyecto Daedalus, un estudio preliminar para ver si podía construirse una nave estelar no tripulada que pudiera llegar a la estrella de Barnard, a 5,9 años luz de la Tierra. (Se escogió la estrella de Barnard porque se conjeturaba que podría tener un planeta. Desde entonces las astrónomas Jill Tarter y Margaret Turnbull han compilado una lista de 17.129 estrellas cercanas que podrían tener planetas que albergan vida. El candidato más prometedor es Épsilon Indi A, a 11,8 años luz.)
La nave a reacción planeada para el Proyecto Daedalus era tan enorme que habría tenido que construirse en el espacio exterior. Pesaría 54.000 toneladas, casi todo su peso en combustible para el cohete, y podría alcanzar un 7,1 por ciento de la velocidad de la luz con una carga útil de 450 toneladas. A diferencia del Proyecto Orión, que utilizaba minúsculas bombas de fisión, el Proyecto Daedalus utilizaría minibombas de hidrógeno con una mezcla deuterio/helio-3 encendida por haces de electrones. Debido a los formidables problemas técnicos que había que afrontar, así como a las preocupaciones por su sistema de propulsión nuclear, el Proyecto Daedalus también fue aparcado indefinidamente.
IMPULSO ESPECÍFICO Y EFICIENCIA DEL MOTOR Los ingenieros suelen hablar de «impulso específico», que nos permite clasificar la eficiencia de varios diseños de motor. El «impulso específico» se define como el cambio de impulso por unidad de masa de propelente. Aquí, cuanto más eficiente es el motor, menos combustible se necesita para llevar el cohete al espacio. El impulso, a su vez, es el producto de la fuerza por el tiempo durante el que actúa. Los cohetes químicos, aunque tienen un empuje muy grande, solo operan durante unos pocos minutos, y por ello tienen un impulso específico muy bajo. Los motores iónicos, que pueden operar durante años, pueden tener alto impulso específico con muy poco empuje. El impulso específico se mide en segundos. Un cohete químico típico podría tener un impulso específico de 400-500 segundos. El impulso específico del motor de la lanzadera espacial es 453 segundos. (El mayor impulso específico conseguido por un cohete químico fue 542 segundos, utilizando una mezcla propelente de hidrógeno, litio y flúor.) El impulsor del motor iónico Smart 1 tenía un impulso específico de 1.640 segundos. Y el cohete nuclear alcanzó impulsos específicos de 850 segundos. El máximo impulso específico posible sería el de un cohete que pudiera alcanzar la velocidad de la luz. Tendría un impulso específico de aproximadamente 30 millones. La tabla siguiente muestra los impulsos específicos de diferentes tipos de motores de cohetes.
(En principio, los veleros láser y los estatorreactores, que no contienen propelente, tienen un impulso específico infinito, aunque tienen sus propios problemas.)
ASCENSORES ESPACIALES Una seria objeción a muchos de estos diseños de cohetes es que son tan gigantescos y pesados que nunca podrían construirse en la Tierra. Por esto es por lo que algunos científicos han propuesto construirlos es el espacio exterior, donde la ingravidez haría posible que los astronautas levantaran objetos imposiblemente pesados con facilidad. Pero los críticos señalan hoy los costes prohibitivos del montaje en el espacio exterior. La Estación Espacial Internacional, por ejemplo, requerirá más de un centenar de lanzamientos de lanzadera para completar el montaje, y los costes han ascendido a 100.000 millones de dólares. Es el proyecto científico más caro de la historia. Construir un velero espacial interestelar o una pala estatorreactora en el espacio exterior costaría muchas veces esa cantidad. Pero, como le gustaba decir al escritor de ciencia ficción Robert Heinlein, si uno puede ir a 160 kilómetros por encima de la superficie de la Tierra, ha hecho la mitad del camino a cualquier parte del sistema solar. Esto se debe a que los 160 primeros kilómetros de cualquier lanzamiento, cuando el cohete luche por escapar de la gravedad de la Tierra, son con mucho los que más cuestan. Después de eso, una nave puede saltar casi hasta Plutón y más allá. Una manera de reducir costes drásticamente en el futuro sería costruir un ascensor espacial. La idea de elevar una cuerda hasta el cielo es vieja, como ilustra el cuento «Juan y la mata de habas», pero podría hacerse realidad si se pudiera enviar la cuerda al espacio. Entonces la fuerza centrífuga de la rotación de la Tierra sería suficiente para neutralizar la fuerza de la gravedad, de modo que la cuerda no caería nunca. La cuerda se mantendría vertical en el aire como por arte de magia y desaparecería entre las nubes. (Pensemos en una bola que gira atada al extremo de una cuerda. La bola parece desafiar a la gravedad porque la fuerza centrífuga la aleja del centro de rotación. De la misma forma,
una cuerda se mantendría suspendida en el aire debido a la rotación de la Tierra.) No haría falta para sostener la cuerda nada más que la rotación de la Tierra. En teoría, una persona podría trepar por la cuerda y ascender al espacio. A veces ponemos a los estudiantes de licenciatura en la Universidad de Nueva York el problema de calcular la tensión de dicha cuerda. Es fácil demostrar que la tensión de la cuerda sería suficiente para quebrar incluso un cable de acero, que es la razón de que durante mucho tiempo se haya considerado imposible la construcción de un ascensor espacial. El primer científico que estudió seriamente el ascensor espacial fue el visionario ruso Konstantin Tsiolkovski. En 1895, inspirado por la torre Eiffel, concibió una torre que se elevaría hacia el cielo y conectaría la Tierra con un «castillo celeste» en el espacio. Se construiría de abajo arriba, empezando en la Tierra, y los ingenieros extenderían lentamente el ascensor espacial hasta los cielos. En 1957 el científico ruso Yuri Artsutanov propuso una nueva solución: que el ascensor espacial se construyera en orden opuesto, de arriba abajo, partiendo del espacio exterior. Concibió un satélite en órbita geoestacionaria a 36.000 kilómetros por encima de la superficie terrestre, donde parecería estar estacionario, desde el que se dejaría caer un cable a la Tierra. Luego el cable se anclaría al suelo. Pero el cable para el ascensor espacial tendría que ser capaz de aguantar una tensión de aproximadamente 60-100 gigapascales. El acero se rompe a unos 2 gigapascales, lo que descarta la idea. La idea de un ascensor espacial tuvo una acogida mucho más amplia con la publicación en 1979 de la novela de Arthur C. Clarke Fuentes del paraíso, y en 1982 de la novela de Robert Heinlein Viernes. Pero sin ningún progreso adicional, la idea languideció.
La ecuación cambió significativamente cuando los químicos desarrollaron los nanotubos de carbono. El interés en los mismos se despertó de repente gracias al trabajo de Sumio Iijima de Nippon Electric en 1991 (aunque en realidad la evidencia de los nanotubos de carbono se remonta a los años cincuenta, un hecho que fue ignorado en la época). Lo curioso es que los nanotubos son más resistentes que los cables de acero, pero también mucho más ligeros. De hecho, superan la resistencia necesaria para sostener un ascensor espacial. Los científicos creen que una fibra de nanotubos de carbono podría soportar una tensión de 120 gigapascales, que está cómodamente por encima del punto de ruptura. Este descubrimiento ha reavivado los intentos por crear un ascensor espacial. En 1999 un estudio de la NASA consideraba seriamente el ascensor espacial; concebía una cinta, de aproximadamente 1 metro de ancho y unos 47.000 kilómetros de longitud, capaz de transportar unas 15 toneladas de carga a una órbita en torno a la Tierra. Dicho ascensor espacial podría cambiar la economía del viaje espacial de la noche a la mañana. El coste podría reducirse en un factor de 10.000, un cambio sorprendente y revolucionario. Actualmente cuesta 20.000 dólares o más poner un kilogramo de material en órbita alrededor de la Tierra (un coste similar al de la misma cantidad de oro). Cada misión de la lanzadera espacial, por
ejemplo, cuesta hasta 700 millones de dólares. Un ascensor espacial podría reducir el coste a solo 2 dólares por kilogramo. Una reducción tan radical en el coste del programa espacial podría revolucionar nuestra forma de ver el viaje espacial. Con solo apretar el botón del ascensor espacial se podría subir hasta el espacio exterior por el precio de un billete de avión. Sin embargo, hay que resolver formidables obstáculos prácticos antes de que sea posible construir un ascensor espacial en el que podamos levitar hasta los cielos. Actualmente las fibras de nanotubos de carbono puro creadas en el laboratorio no tienen más de 15 milímetros de longitud. Para construir un ascensor espacial habría que crear fibras de nanotubos de carbono de miles de kilómetros de longitud. Aunque desde un punto de vista científico esto supone solo un problema técnico, es un problema tenaz y difícil que debe ser resuelto si queremos construir un ascensor espacial. Pero muchos científicos creen que en pocas décadas deberíamos ser capaces de dominar la tecnología para crear largos cables de nanotubos de carbono. En segundo lugar, impurezas microscópicas en los nanotubos de carbono podrían hacer problemático un cable largo. Nicola Pugno, del Politécnico de Turín, en Italia, estima que basta con que un nanotubo de carbono tenga un solo átomo mal alineado para que su resistencia se reduzca en un 30 por ciento. En general, los defectos a escala atómica podrían reducir la resistencia del cable nanotúbico en un 70 por ciento, lo que la llevaría por debajo del valor mínimo de la tensión necesaria para soportar un ascensor espacial. Para animar el interés empresarial en el ascensor espacial, la NASA financia dos premios independientes. (Los premios siguen el modelo del premio X Ansari de 10 millones de dólares, que consiguió animar a los inventores emprendedores para crear cohetes comerciales capaces de llevar pasajeros al límite mismo del espacio. El premio X lo ganó Spaceship One en 2004.) Los premios que ofrece la NASA se denominan el Beam Power Challenge y el Tether Challenge. En el Beam Power Challenge, los equipos tienen que elevar un dispositivo mecánico que pesa al menos 25 kilogramos por un cable (suspendido de una grúa) hasta una altura de 50 metros y a una velocidad de 1 metro por segundo. Esto puede parecer fácil, pero la clave reside en que el dispositivo no puede utilizar combustible, ni baterías, ni ningún cable eléctrico. En su lugar, el dispositivo robótico debe estar alimentado por paneles solares, reflectores solares, láseres o fuentes de energía de microondas, que son más adecuadas para el uso en el espacio exterior. En el Tether Challenge, los equipos deben producir cables de 2 metros de longitud que no pueden pesar más de 2 gramos y deben soportar una carga un 50 por ciento mayor que el mejor cable del año anterior. El desafío pretende estimular la investigación para desarrollar materiales muy ligeros y suficientemente resistentes para ser extendidos hasta 100.000 kilómetros en el espacio. Hay premios por valor de 150.000, 40.000 y 10.000 dólares. (Una prueba de la dificultad de afrontar este desafío es que en 2005, el primer año de la competición, el premio quedó desierto.) Aunque un ascensor espacial exitoso podría revolucionar el programa espacial, tales máquinas
tienen sus propios riesgos. Por ejemplo, la trayectoria de los satélites próximos a la Tierra cambia constantemente mientras orbitan en torno a la Tierra (debido a que la Tierra rota por debajo de ellos). Esto significa que esos satélites colisionarían eventualmente con el ascensor espacial a 30.000 kilómetros por hora, suficiente para romper el cable. Con el fin de impedir tal catástrofe, o bien habría que diseñar los satélites para incluir pequeños cohetes que les permitieran maniobrar para rodear el ascensor, o bien el cable del ascensor tendría que estar equipado con pequeños cohetes para evitar los satélites de paso. Las colisiones con micrometeoritos también son un problema, ya que que el ascensor espacial está muy por encima de la atmósfera de la Tierra, y nuestra atmósfera normalmente nos protege de los meteoritos. Puesto que las colisiones con micrometeoritos son impredecibles, habría que construir el ascensor espacial con una protección adicional, y quizá incluso sistemas redundantes a prueba de fallos. También podrían surgir problemas de los efectos de pautas climáticas turbulentas en la Tierra, tales como huracanes, olas de marea y tormentas.
EL EFECTO HONDA Otro medio novedoso de lanzar un objeto a una velocidad próxima a la de la luz es utilizar el efecto «honda». Cuando la NASA lanza sondas espaciales a los planetas exteriores, suele hacer que rodeen un planeta cercano para utilizar el efecto honda y aumentar así su velocidad. La NASA se ahorra mucho combustible valioso de esta manera. Así es cómo la nave espacial Voyager pudo llegar a Neptuno, que está cerca del límite del sistema solar. El físico de Princeton Freeman Dyson sugirió que en un futuro lejano podríamos encontrar dos estrellas de neutrones que estuvieran dando vueltas una alrededor de la otra a gran velocidad. Acercándonos mucho a una de estas estrellas de neutrones, podríamos girar alrededor de ella y luego ser lanzados al espacio como por un latigazo a velocidades próximas a un tercio de la velocidad de la luz. De hecho, estaríamos utilizando la gravedad para darnos un empujón adicional hasta casi la velocidad de la luz. Sobre el papel, esto podría funcionar. Otros han propuesto que diéramos la vuelta alrededor de nuestro propio Sol y aprovecháramos el latigazo para acelerar hasta casi la velocidad de la luz. Este método se utilizaba, de hecho, en Star Trek IV: El viaje a casa , cuando la tripulación del Enterprise se montaba en una nave klingon y luego se acercaba al Sol para romper la barrera de la luz y retroceder en el tiempo. En la película Cuando los mundos chocan, en donde la Tierra se ve amenazada por una colisión con un asteroide, los científicos crean una montaña rusa gigante para dejar la Tierra. Una nave a reacción desciende por la montaña rusa, ganando gran velocidad, y luego cambia de dirección en la parte baja de la montaña rusa para salir lanzada al espacio.
Sin embargo, ninguno de estos métodos de utilizar la gravedad para impulsarnos al espacio funcionará. (Debido a la conservación de la energía, al descender por la montaña rusa y volver a subir, acabaríamos con la misma velocidad con la que habíamos empezado, de modo que no hay ninguna ganancia en energía. Análogamente, al girar alrededor del Sol estacionario acabaríamos con la misma velocidad con la que habíamos empezado originalmente.) La razón por la que podría funcionar el método de Dyson de utilizar dos estrellas de neutrones es que las estrellas de neutrones giran a gran velocidad. Una nave espacial que utiliza el efecto honda gana su energía del movimiento de un planeta o una estrella. Si estos están estacionarios, no hay ningún efecto honda. Aunque la propuesta de Dyson podría funcionar, hoy no sirve de ayuda a los científicos confinados en la Tierra, porque necesitaríamos una nave estelar simplemente para visitar estrellas de neutrones en rotación.
CAÑONES DE RAÍLES A LOS CIELOS Otro ingenioso método de lanzar objetos al espacio a velocidades fantásticas es el cañón de raíles, que Arthur C. Clarke y otros autores han presentado en sus relatos de ciencia ficción, y que también está siendo seriamente examinado como parte del escudo contra misiles guerra de las galaxias. En lugar de utilizar combustible de cohete o pólvora para impulsar un proyectil a alta velocidad, un cañón de raíles utiliza la fuerza del electromagnetismo. En su forma más simple, un cañón de raíles consiste en dos cables o raíles paralelos, con un proyectil atravesado sobre ambos cables, en una configuración con forma de U. Incluso Michael Faraday sabía que una corriente eléctrica experimentará una fuerza cuando se coloca en un campo magnético. (De hecho, esto es la base de todos los motores eléctricos.) Al enviar millones de amperios de corriente eléctrica por estos cables y a través del proyectil, se crea un enorme campo magnético alrededor de los raíles. Entonces este campo magnético impulsa al proyectil a lo largo de los raíles a velocidades enormes. Los cañones de raíles han disparado con éxito objetos metálicos a velocidades enormes a distancias extremadamente cortas. Es notable que, en teoría, un simple cañón de raíles sería capaz de disparar un proyectil metálico a 30.000 kilómetros por hora, de modo que entraría en órbita en torno a la Tierra. En principio, toda la flota de cohetes de la NASA podría reemplazarse por cañones de raíles que podrían poner cargas en órbita en torno a la Tierra. El cañón de raíles tiene una ventaja importante sobre los cohetes químicos y los cañones. En un rifle, la velocidad última a la que los gases en expansión pueden empujar a una bala está limitada por la velocidad de las ondas de choque. Aunque Julio Verne utilizó la pólvora para lanzar astronautas a la Luna en su clásico De la Tierra a la Luna, es fácil calcular que la velocidad última que se puede
alcanzar con pólvora es solo una fracción de la velocidad necesaria para enviar a alguien a la Luna. Los cañones de raíles, sin embargo, no están limitados por la velocidad de las ondas de choque. Pero hay problemas con el cañón de raíles. Acelera tanto a los objetos que estos se suelen achatar al impactar con el aire. Las cargas se deforman seriamente al ser disparadas por el tubo de un cañón de raíles, porque cuando el proyectil choca con el aire es como si chocara con un muro de ladrillo. Además, la enorme aceleración de la carga a lo largo de los raíles es suficiente para deformarlos. Las vías tienen que ser reemplazadas con regularidad debido al daño causado por el proyectil. A esto se añade que las fuerzas g sobre un astronauta serían suficientes para matarlo, pues aplastarían fácilmente todos los huesos de su cuerpo. Una propuesta es instalar un cañón de raíles en la Luna. Fuera de la atmósfera de la Tierra, el proyectil de un cañón de raíles podría ser acelerado sin esfuerzo a través del vacío del espacio exterior. Pero incluso entonces, las enormes aceleraciones generadas por un cañón de raíles podrían dañar la carga. Los cañones de raíles son en cierto sentido lo contrario de los veleros solares, que alcanzan su velocidad última de una forma suave durante un largo período de tiempo. Los cañones de raíles están limitados porque concentran mucha energía en un espacio muy pequeño. Cañones de raíles que puedan disparar objetos a estrellas vecinas serían muy caros. Una propuesta es construir uno en el espacio exterior, que se extendería hasta dos tercios de la distancia de la Tierra al Sol. Almacenaría energía solar procedente del Sol y luego descargaría de golpe dicha energía en el cañón de raíles, que lanzaría una carga de 10 toneladas a un tercio de la velocidad de la luz, con una aceleración de 5.000 g. Solo las cargas robóticas más resistentes podrían sobrevivir a aceleraciones tan enormes.
LOS PELIGROS DEL VIAJE ESPACIAL Por supuesto, el viaje espacial no es un picnic de domingo. Enormes peligros aguardan a los vuelos tripulados que viajen a Marte o más allá. La vida en la Tierra ha estado protegida durante millones de años: la capa de ozono protege a nuestro planeta de los rayos ultravioletas, su campo magnético la protege contra las llamaradas solares y los rayos cósmicos, y su gruesa atmósfera lo protege contra los meteoritos, que se queman al entrar. Damos por garantizadas las suaves temperaturas y presiones del aire que se dan en la Tierra. Pero en el espacio profundo debemos hacer frente a la realidad de que la mayor parte del universo está en continua agitación, con cinturones de radiación letales y enjambres de meteoritos mortales. El primer problema a resolver en un largo viaje espacial extendido es el de la ingravidez. Los rusos han realizado estudios sobre los efectos a largo plazo de la ingravidez que han mostrado que el cuerpo pierde minerales y sustancias químicas preciosas en el espacio mucho más rápidamente de lo
esperado. Incluso practicando un riguroso programa de ejercicios, al cabo de un año en la estación espacial los huesos y los músculos de los cosmonautas rusos están tan atrofiados que apenas pueden reptar como bebés cuando regresan a la Tierra. Atrofia muscular, deterioro del sistema óseo, menor producción de glóbulos rojos, menor respuesta inmunitaria y un funcionamiento reducido del sistema cardiovascular parecen consecuencias inevitables de una ingravidez prolongada en el espacio. Las misiones a Marte, que pueden durar de varios meses a un año, llevarán al límite la resistencia de nuestros astronautas. En el caso de misiones a largo plazo a las estrellas próximas, este problema podría ser fatal. Las naves estelares del futuro quizá deban tener un movimiento rotatorio para crear una gravedad artificial mediante fuerzas centrífugas; esa gravedad artificial podría sostener la vida humana. Tal ajuste aumentaría enormemente el coste y la complejidad de las naves espaciales futuras. En segundo lugar, es posible que la presencia de micrometeoritos en el espacio que viajan a muchas decenas de miles de kilómetros por hora requiera que las naves espaciales estén equipadas con una protección extra. Tras un examen detallado del casco de la lanzadera espacial se ha descubierto huellas de varios impactos minúsculos pero potencialmente mortales de minúsculos meteoritos. Es posible que, en el futuro, las naves espaciales tengan que llevar una cámara especial doblemente reforzada para la tripulación. Los niveles de radiación en el espacio profundo son mucho más altos de lo que antes se pensaba. Durante el ciclo de once años de las manchas solares, por ejemplo, las llamaradas solares pueden enviar enormes cantidades de plasma mortal hacia la Tierra. En el pasado, este fenómeno obligaba a los astronautas en la Estación Espacial Internacional a buscar protección especial contra la andanada potencialmente letal de partículas subatómicas. Los paseos espaciales durante tales erupciones solares serían fatales. (Incluso hacer un sencillo viaje transatlántico desde Los Ángeles a Nueva York, por ejemplo, nos expone a aproximadamente un milirem de radiación por hora de vuelo. En el curso de nuestro viaje estamos expuestos a la radiación de una radiografía dental.) En el espacio profundo, donde la atmósfera y el campo magnético de la Tierra ya no nos protegen, la exposición a la radiación podría ser un problema grave.
ANIMACIÓN SUSPENDIDA Una crítica sistemática a los diseños de cohetes que he presentado hasta ahora es que, si pudiéramos construir tales naves estelares, tardarían décadas o siglos en llegar a estrellas vecinas. Una misión semejante tendría que implicar a una tripulación multigeneracional cuyos descendientes llegarían al destino final. Una solución, propuesta en películas como Alien o El planeta de los simios es que los viajeros espaciales fueran sometidos a animación suspendida; es decir, su temperatura corporal se reduciría
cuidadosamente hasta casi el cese de las funciones corporales. Los animales que hibernan hacen esto todos los años durante el invierno. Algunos peces y ranas pueden ser congelados en un bloque de hielo y, pese a todo, revivir cuando la temperatura aumenta. Los biólogos que han estudiado este curioso fenómeno creen que esos animales tienen la capacidad de crear un «anticongelante» natural que reduce el punto de congelación del agua. Este anticongelante natural consiste en ciertas proteínas en los peces, y glucosa en las ranas. Al regar su sangre con estas proteínas, los peces pueden sobrevivir en el Ártico a unos –2 ºC. Las ranas han desarrollado la capacidad de mantener altos niveles de glucosa, con lo que impiden la formación de cristales de hielo. Aunque sus cuerpos estén congelados en su parte exterior, no lo estarán en el interior, lo que permite que sus órganos corporales sigan funcionando, aunque a un ritmo reducido. Hay, no obstante, problemas para adaptar esta capacidad a los mamíferos. Cuando se congela el tejido humano, empiezan a formarse cristales de hielo dentro de las células. Cuando estos cristales crecen pueden perforar y destruir las paredes de las células. (Quizá los famosos que quieren mantener sus cabezas y sus cuerpos congelados en nitrógeno líquido después de morir quieran pensárselo dos veces.) De todas formas, ha habido avances recientes en animación suspendida limitada en mamíferos que no hibernan de forma natural, tales como ratones y perros. En 2005, científicos de la Universidad de Pittsburgh fueron capaces de resucitar perros después de que su sangre hubiera sido drenada y reemplazada por una solución helada especial. Clínicamente muertos durante tres horas, los perros resucitaron una vez que sus corazones fueron puestos de nuevo en marcha. (Aunque la mayoría de los perros estaban sanos después de este proceso, varios sufrieron alguna lesión cerebral.) Ese mismo año los científicos fueron capaces de colocar ratones en una cámara que contenía ácido sulfhídrico y reducir con éxito su temperatura corporal a 13 ºC durante seis horas. El ritmo metabólico de los ratones se redujo en un factor diez. En 2006 médicos del hospital general de Massachusetts, en Boston, colocaron cerdos y ratones en un estado de animación suspendida utilizando sulfhídrico. En el futuro tales procedimientos pueden salvar la vida de personas implicadas en graves accidentes o que sufran ataques cardíacos, durante los que cada segundo cuenta. La animación suspendida permitiría a los médicos «congelar el tiempo» hasta que los pacientes pudieran ser tratados. Pero podrían pasar décadas o más antes de que tales técnicas puedan ser aplicadas a astronautas humanos, que quizá necesiten estar en animación suspendida durante siglos.
NANONAVES Hay otras maneras en que podríamos llegar a las estrellas gracias a tecnologías más avanzadas y no probadas que bordean la ciencia ficción. Una propuesta prometedora es utilizar sondas no tripuladas
basadas en nanotecnología. A lo largo de esta exposición he supuesto que las naves estelares tienen que ser aparatos enormes que consumen cantidades inmensas de energía, capaces de llevar a una gran tripulación de seres humanos a las estrellas, similares a la nave estelar Enterprise en Star Trek. Pero un camino más probable sería enviar inicialmente sondas espaciales no tripuladas a las estrellas lejanas a velocidades próximas a la de la luz. Como he dicho antes, en el futuro, con nanotecnología, sería posible crear minúsculas cápsulas espaciales que exploten la potencia de las máquinas de tamaño atómico y molecular. Por ejemplo, los iones, puesto que son tan ligeros, pueden ser acelerados fácilmente a velocidades próximas a la de la luz con los voltajes ordinarios que pueden obtenerse en los laboratorios. En lugar de requerir enormes cohetes lanzadores, podrían ser enviados al espacio a velocidades próximas a la de la luz utilizando potentes campos electromagnéticos. Esto significa que si un nanorrobot fuera ionizado y colocado dentro de un campo eléctrico, podría ser impulsado sin esfuerzo hasta una velocidad cercana a la de la luz. Entonces el nanorrobot seguiría su viaje a las estrellas, puesto que no hay fricción en el espacio. De esta manera, muchos de los problemas que acucian a las grandes naves espaciales se resuelven de inmediato. Naves espaciales nanorrobóticas inteligentes, no tripuladas, podrían alcanzar sistemas estelares vecinos con una pequeña fracción del coste de construir y lanzar una enorme nave espacial que lleve una tripulación humana. Tales nanonaves podrían utilizarse para llegar a estrellas vecinas o, como ha sugerido Gerald Nordley, un ingeniero astronáutico retirado de la Fuerza Aérea, presionar sobre un velero solar para impulsarlo a través del espacio. Según Nordley: «Si tuviéramos una constelación de cápsulas espaciales del tamaño de una cabeza de alfiler volando en formación y comunicándose entre ellas, podría empujarlas prácticamente con un flash».2 Pero hay dificultades con las nanonaves estelares. Podrían ser desviadas por campos eléctricos y magnéticos que encontraran a su paso en el espacio exterior. Para contrarrestar estas fuerzas sería necesario acelerar las nanonaves con voltajes muy altos en la Tierra, de modo que no fueran desviadas con facilidad. En segundo lugar, tendríamos que enviar una enjambre de millones de estas naves estelares nanorrobóticas para garantizar que varias de ellas llegara realmente a su destino. Enviar un enjambre de naves estelares para explorar las estrellas más cercanas podría parecer extravagante, pero tales naves serían baratas y podrían producirse en masa en miles de millones, de modo que solo una minúscula fracción de ellas tendría que llegar a su blanco. ¿Qué aspecto tendrían estas nanonaves? Dan Goldin, antiguo director de la NASA, concibió una flota de cápsulas espaciales «del tamaño de una lata de Coca-Cola». Otros han hablado de naves estelares del tamaño de agujas. El Pentágono ha considerado la posibilidad de desarrollar «polvo inteligente», partículas del tamaño de motas de polvo que tienen en su interior minúsculos sensores que pueden esparcirse sobre un campo de batalla para dar a los comandantes información en tiempo real. En el futuro es concebible que pudiera enviarse «polvo inteligente» a las estrellas cercanas.
Los nanorrobots del tamaño de motas de polvo tendrían circuitos hechos con las mismas técnicas de grabado utilizadas en la industria de semiconductores, que puede crear componentes tan pequeños como 30 nanómetros, o aproximadamente unos 150 átomos de largo. Esos nanorrobots podrían ser lanzados desde la Luna mediante cañones de raíles o incluso aceleradores de partículas, que regularmente envían partículas subatómicas a velocidades próximas a la de la luz. Estos aparatos serían tan baratos de hacer que millones de ellos podrían ser lanzados al espacio. Una vez que alcanzaran un sistema estelar próximo, los nanorrobots podrían aterrizar en una luna desolada. Debido a la baja gravedad de la luna, un nanorrobot podría aterrizar y despegar con facilidad. Y con un ambiente estable como el que proporcionaría una luna, sería una base de operaciones ideal. Utilizando los minerales encontrados en la luna, el nanorrobot podría construir una nanofactoría para crear una potente estación de radio que pudiera enviar información de vuelta a la Tierra. O podría diseñarse la nanofactoría para crear millones de copias de sí misma a fin de explorar el sistema solar y aventurarse en otras estrellas vecinas, repitiendo el proceso. Puesto que estas naves serían robóticas, no habría necesidad de un viaje de regreso a casa una vez que hubiesen enviado por radio su información. El nanorrobot que acabo de describir se suele denominar una sonda de Von Neumann, por el famoso matemático John von Neumann, que desarrolló las matemáticas de las máquinas de Turing autorreplicantes. En principio, tales naves espaciales nanorrobóticas autorreplicantes podrían ser capaces de explorar toda la galaxia, y no solo las estrellas vecinas. Por último podría haber una esfera de billones de estos robots, multiplicándose exponencialmente a medida que crece el tamaño y expandiéndose a una velocidad próxima a la de la luz. Los nanorrobots dentro de esta esfera en expansión podrían colonizar toda la galaxia en algunos cientos de miles de años. Un ingeniero eléctrico que toma muy en serio la idea de las nanonaves es Brian Gilchrist, de la Universidad de Michigan. Recientemente recibió una beca de 500.000 dólares del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA para investigar la idea de construir nanonaves con motores no más grandes que una bacteria. Gilchrist piensa aplicar la misma tecnología de grabado utilizada en la industria de semiconductores para crear una flota de varios millones de nanonaves, que se impulsarían expulsando minúsculas nanopartículas de solo decenas de nanómetros. Estas nanopartículas adquirirían energía al atravesar un campo eléctrico, igual que en un motor iónico. Puesto que cada nanopartícula pesa miles de veces más que un ión, los motores concentrarían un empuje mucho mayor que un motor iónico típico. Así, los motores de la nanonave tendrían las mismas ventajas que un motor iónico, excepto que tendrían mucho más empuje. Gilchrist ya ha empezado a grabar algunas de las partes de estas nanonaves. Hasta ahora puede concentrar 10.000 impulsores individuales en un único chip de silicio que mide 1 centímetro, de lado. Inicialmente planea enviar su flota de nanonaves a través del sistema solar para poner a prueba su eficiencia. Pero con el tiempo estas nanonaves podrían ser parte de la primera flota que llegue a las estrellas.
La de Gilchrist es una de las varias propuestas futuristas que están siendo consideradas por la NASA. Tras varias décadas de inactividad, la NASA ha dedicado recientemente serias reflexiones a varias propuestas para el viaje interestelar, que van desde lo creíble a lo fantástico. Desde principios de los años noventa la NASA alberga el Taller de Investigación de Propulsión Espacial Avanzada, donde estas tecnologías han sido desmenuzadas por equipos de ingenieros y físicos. Más ambicioso incluso es el programa de Física de Propulsión Avanzada, que ha explorado el misterioso mundo de la física cuántica en relación con el viaje interestelar. Aunque no hay consenso, buena parte de su actividad se ha centrado en los pioneros: el velero láser y varias versiones de cohetes de fusión.
Dados los lentos pero continuos avances en el diseño de naves espaciales, es razonable suponer que la primera sonda no tripulada de cualquier tipo podría ser enviada a las estrellas vecinas quizá a finales de este siglo o comienzos del siglo próximo, lo que la convierte en una imposibilidad de clase I. Pero quizá el diseño más potente para una nave estelar implica el uso de antimateria. Aunque suena a ciencia ficción, la antimateria ya ha sido creada en la Tierra, y algún día puede ofrecer el diseño más prometedor para una nave estelar tripulada.
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Segunda parte IMPOSIBILIDADES DE CLASE II
11 Más rápido que la luz Es perfectamente imaginable que [la vida] se difundirá finalmente por la galaxia y más allá. De modo que la vida no puede ser para siempre una modesta traza contaminante del universo, incluso si ahora lo es. De hecho, yo encuentro esto una idea bastante atractiva. SIR MARTIN REES, astrónomo real
Es imposible viajar a velocidad mayor que la de la luz, y desde luego no es deseable, porque hay que sujetarse el sombrero. WOODY ALLEN
E n La guerra de las galaxias, cuando el Halcón Milenario despega del planeta desierto Tatooine, llevando a nuestros héroes Luke Skywalker y Han Solo, la nave encuentra un escuadrón de amenazadores cruceros imperiales en órbita alrededor del planeta. Los cruceros del Imperio lanzan contra la nave de nuestros héroes una andanada de rayos láser que poco a poco atraviesan sus campos de fuerza. El Halcón Milenario no puede hacerles frente. Intentando defenderse de este fulminante fuego láser, Hans Solo grita que su única esperanza es saltar al «hiperespacio». En el momento oportuno los motores de hiperimpulso cobran vida. Todas las estrellas que les rodean implosionan de repente hacia el centro de su pantalla de visión en convergentes y cegadoras ráfagas de luz. Se abre un agujero por el que pasa el Halcón Milenario, que alcanza así el hiperespacio y la libertad. ¿Ciencia ficción? Sin duda. Pero ¿podría estar basada en un hecho científico? Quizá. Viajar más rápido que la luz ha sido siempre un ingrediente de la ciencia ficción, pero recientemente los físicos han reflexionado muy en serio sobre esta posibilidad. Según Einstein, la velocidad de la luz es el límite último para las velocidades en el universo. Ni siquiera nuestros más potentes colisionadores de átomos, que pueden generar energías que solo se encuentran en el centro de estrellas en explosión o en el propio big bang, pueden lanzar partículas subatómicas a una velocidad mayor que la de la luz. Al parecer, la velocidad de la luz es el último policía de tráfico del universo. Si es así, parece desvanecerse cualquier esperanza de llegar a las galaxias lejanas. O quizá no …
EINSTEIN EL FRACASADO En 1902 no era ni mucho menos obvio que el joven físico Albert Einstein llegaría a ser aclamado
como el físico más grande desde Isaac Newton. De hecho, ese año representó el momento más bajo en su vida. Recién doctorado, fue rechazado para un puesto docente por todas las universidades en las que lo solicitó. (Más tarde descubrió que su profesor Heinrich Weber le había escrito horribles cartas de recomendación, quizá en venganza porque Einstein no había asistido a muchas de sus clases.) Además, la madre de Einstein se oponía violentamente a su novia, Mileva Maric, que estaba embarazada. Su primera hija, Lieserl, nacería como hija ilegítima. El joven Einstein también fracasó en los trabajos ocasionales que ocupó. Incluso su trabajo de tutor mal pagado terminó abruptamente cuando fue despedido. En sus deprimentes cartas contemplaba la posibilidad de hacerse viajante para ganarse la vida. Incluso escribió a su familia que quizá habría sido mejor que no hubiera nacido, puesto que era mucha carga para ellos y no tenía ninguna perspectiva de éxito en la vida. Cuando su padre murió, Einstein se sintió avergonzado de que su padre hubiera muerto pensando que su hijo era un fracasado total. Pero ese mismo año iba a cambiar la suerte de Einstein. Un amigo le consiguió un trabajo como funcionario de la Oficina de Patentes suiza. Desde esa modesta posición, Einstein iba a lanzar la mayor revolución en la historia moderna. Analizaba rápidamente las patentes que llegaban a su mesa de trabajo y luego pasaba horas reflexionando sobre problemas de física que le habían intrigado desde que era un niño. ¿Cuál era el secreto de su genio? Quizá una clave de su genio era su capacidad para pensar en términos de imágenes físicas (por ejemplo, trenes en movimiento, relojes acelerados, tejidos dilatados) en lugar de puras matemáticas. Einstein dijo en cierta ocasión que una teoría es probablemente inútil a menos que pueda ser explicada a un niño; es decir, la esencia de una teoría tiene que ser captada en una imagen física. Por eso muchos físicos se pierden en una maraña de matemáticas que no llevan a ninguna parte. Pero como Newton antes que él, Einstein estaba obsesionado por la imagen física; las matemáticas vendrían más tarde. Para Newton la imagen física fue la manzana que cae y la Luna. ¿Eran las fuerzas que hacían caer una manzana idénticas a las fuerzas que guiaban a la Luna en su órbita? Cuando Newton decidió que la respuesta era sí, creó una arquitectura matemática para el universo que repentinamente desveló el mayor secreto de los cielos, el movimiento de los propios cuerpos celestes.
EINSTEIN Y LA RELATIVIDAD Albert Einstein propuso su celebrada teoría de la relatividad especial en 1905. En el corazón de su teoría había una imagen que incluso los niños pueden entender. Su teoría fue la culminación de un sueño que había tenido desde los dieciséis años, cuando se planteó la pregunta: ¿qué sucede cuando uno alcanza a un rayo de luz? Cuando era joven, Einstein sabía que la mecánica newtoniana describía
el movimiento de objetos en la Tierra y en los cielos, y que la teoría de Maxwell describía la luz. Eran los dos pilares de la física. La esencia del genio de Einstein era que reconoció que estos dos pilares estaban en conflicto. Uno de ellos debía fallar. Según Newton, uno siempre puede alcanzar a un rayo de luz, puesto que no hay nada especial en la velocidad de la luz. Esto significaba que el rayo de luz debía parecer estacionario cuando uno corría a su lado. Pero de joven Einstein comprendió que nadie había visto nunca una onda luminosa que fuera totalmente estacionaria, es decir, como una onda congelada. Aquí la teoría de Newton no tenía sentido. Finalmente, como estudiante universitario en Zurich que estudiaba la teoría de Maxwell, Einstein encontró la respuesta. Descubrió algo que ni siquiera Maxwell sabía: que la velocidad de la luz era una constante, con independencia de lo rápido que uno se moviera. Si uno corre al encuentro de un rayo de luz o alejándose de él, este seguirá viajando a la misma velocidad, pero eso viola el sentido común. Einstein había encontrado la respuesta a la pregunta de su infancia: uno nunca puede correr a la par con un rayo de luz, puesto que este siempre se aleja a velocidad constante, por mucho que uno corra. Pero la mecánica newtoniana era un sistema con fuertes ligaduras internas: como sucede cuando se tira de un cabo suelto, la teoría entera podía deshacerse si se hacía el más mínimo cambio en sus hipótesis. En la teoría de Newton el tiempo corría a un ritmo uniforme en todo el universo. Un segundo en la Tierra era idéntico a un segundo en Venus o en Marte. Asimismo, varas de medir colocadas en la Tierra tenían la misma longitud que varas de medir colocadas en Plutón. Pero si la velocidad de la luz era siempre constante por muy rápido que uno se moviera, sería necesario un cambio importante en nuestra comprensión del espacio y el tiempo. Tendrían que ocurrir distorsiones profundas del espacio y el tiempo para conservar la constancia de la velocidad de la luz. Según Einstein, si uno estuviese en una nave a gran velocidad, el paso del tiempo dentro del cohete tendría que frenarse con respecto a alguien en la Tierra. El tiempo late a ritmos diferentes, dependiendo de con qué rapidez se esté uno moviendo. Además, el espacio dentro del cohete se comprimiría, de modo que las varas de medir podrían cambiar de longitud, dependiendo de la velocidad. Y la masa del cohete también aumentaría. Si miráramos el interior del cohete con nuestros telescopios, veríamos que los relojes de su interior marchaban lentamente, la gente se movía con movimiento lento y parecían achatados. De hecho, si el cohete estuviera viajando a la velocidad de la luz, el tiempo se detendría aparentemente dentro del cohete, este se comprimiría hasta casi desaparecer y la masa del cohete se haría infinita; como ninguna de estas observaciones tiene sentido, Einstein afirmó que nada puede romper la barrera de la luz. (Puesto que un objeto se hace más pesado cuanto más rápido se mueve, esto significa que la energía de movimiento se está convirtiendo en masa. La cantidad exacta de energía que se convierte en masa es fácil de calcular, y llegamos a la celebrada ecuación E = mc2 en solo unas líneas.)
Desde que Einstein derivó su famosa ecuación, millones de experimentos, literalmente, han confirmado sus revolucionarias ideas. Por ejemplo, el sistema GPS, que puede localizar la posición en la Tierra con un error de solo unos pocos metros, fallaría a menos que se añadan correcciones debidas a la relatividad. (Puesto que el ejército depende del sistema GPS, incluso los generales del Pentágono tienen que recibir formación por parte de los físicos respecto a la teoría de la relatividad de Einstein.) Los relojes en el GPS cambian realmente cuando se aceleran sobre la superficie de la Tierra, como predijo Einstein. La ilustración más gráfica de este concepto se encuentra en los colisionadores de átomos, en los que los científicos aceleran partículas a velocidades próximas a la de la luz. En el gigantesco acelerador del CERN, el gran colisionador de hadrones, en las afueras de Ginebra en Suiza, los protones se aceleran hasta billones de electrónvoltios y se mueven a velocidades muy próximas a la de la luz. Para un científico que trabaja con cohetes, la barrera de la luz no es todavía un gran problema, ya que que los cohetes apenas pueden viajar a más de algunas decenas de miles de kilómetros por hora. Pero en un siglo o dos, cuando los científicos contemplen seriamente la posibilidad de enviar sondas a la estrella más próxima (situada a más de 4 años luz de la Tierra), la barrera de la luz podría llegar a ser un problema.
ESCAPATORIAS DE LA TEORÍA DE EINSTEIN Durante décadas los físicos han tratado de encontrar escapatorias al lema de Einstein. Se han encontrado algunas vías de escape, pero la mayoría no son muy útiles. Por ejemplo, si se barre el cielo con un haz luminoso, la imagen del haz puede superar la velocidad de la luz. En pocos segundos, la imagen del haz se mueve desde un punto del horizonte al punto opuesto, a una distancia que puede ser de más de centenares de años luz. Pero esto no tiene importancia, porque ninguna información puede transmitirse de este modo más rápida que la luz. La imagen del haz luminoso ha superado la velocidad de la luz, pero la imagen no lleva energía ni información. Del mismo modo, si tenemos unas tijeras, el punto en el que se cruzan las hojas se mueve más rápido cuanto más alejado está del eje. Si imaginamos tijeras de un año luz de longitud, entonces al cerrar las hojas el punto de cruce puede viajar más rápido que la luz. (De nuevo, esto no es importante puesto que el punto de cruce no lleva energía ni información.) Análogamente, como he mencionado en el capítulo 4, el experimento EPR permite enviar información a velocidades mayores que la velocidad de la luz. (Recordemos que en este experimento dos electrones están vibrando al unísono y entonces son enviados en direcciones opuestas. Puesto que estos electrones son coherentes, puede enviarse información de uno a otro a velocidades mayores que la velocidad de la luz, pero esta información es aleatoria y por lo tanto inútil. Por ello, no pueden
utilizarse máquinas EPR para enviar sondas a las estrellas lejanas.) Para un físico la vía de escape más importante procedía del propio Einstein, que creó la teoría de la relatividad general en 1915, una teoría que es más poderosa que la teoría de la relatividad especial. Las semillas de la relatividad general fueron plantadas cuando Einstein consideró un tiovivo de niños. Como hemos visto antes, los objetos se contraen cuando se acercan a la velocidad de la luz. Cuanto más rápido se mueve uno, más se comprime. Pero en un disco giratorio, la circunferencia exterior se mueve más rápida que el centro. (De hecho, el centro está casi estacionario.) Esto significa que una regla colocada en el borde debe contraerse, mientras que una regla colocada en el centro permanece casi igual, de modo que la superficie del tiovivo ya no es plana sino que está curvada. Así, la aceleración tiene el efecto de curvar el espacio y el tiempo en el tiovivo. En la teoría de la relatividad general el espacio-tiempo es un tejido que puede estirarse y contraerse. En ciertas circunstancias el tejido puede estirarse más rápido que la velocidad de la luz. Pensemos en el big bang, por ejemplo, cuando el universo nació en una explosión cósmica hace 13.700 millones de años. Se puede calcular que originalmente el universo se expandía más rápido que la velocidad de la luz. (Esta acción no viola la relatividad especial, puesto que era el espacio vacío —el espacio entre estrellas— el que se estaba expandiendo, no las propias estrellas. Expandir el espacio no lleva ninguna información.) El punto importante es que la relatividad especial solo se aplica localmente, es decir, en la inmediata vecindad. En nuestro entorno local (por ejemplo, el sistema solar), la relatividad especial sigue siendo válida, como confirmamos con nuestras sondas espaciales. Pero globalmente (por ejemplo, a escalas cosmológicas que abarcan el universo) debemos utilizar en su lugar la relatividad general. En relatividad general el espacio-tiempo se convierte en un tejido, y este tejido puede estirarse más rápido que la luz. También permite «agujeros en el espacio» en los que se puedan tomar atajos a través del espacio y el tiempo. Con estas reservas, quizá un modo de viajar más rápido que la luz es invocar la relatividad general. Puede hacerse de dos maneras: 1. Estirar el espacio. Si usted llegara a estirar el espacio que tiene detrás y entrar en contacto con el espacio que tiene delante, entonces tendría la ilusión de haberse movido más rápido que la luz. De hecho, no se habría movido en absoluto. Pero puesto que el espacio se ha deformado, ello significa que puede llegar a las estrellas lejanas en un abrir y cerrar de ojos. 2. Rasgar el espacio. En 1935 Einstein introdujo el concepto de un agujero de gusano. Imaginemos el espejo de Alicia, un dispositivo mágico que conecta la campiña de Oxford con el País de las Maravillas. El agujero de gusano es un dispositivo que puede conectar dos universos. Cuando estábamos en la escuela aprendimos que la distancia más corta entre dos puntos es una línea recta. Pero esto no es necesariamente cierto, porque si doblamos una hoja de papel hasta que se toquen dos
puntos, entonces veríamos que la distancia más corta entre dos puntos es realmente un agujero de gusano. Como dice el físico Matt Visser de la Universidad de Washington: «La comunidad de la relatividad ha empezado a pensar en lo que sería necesario para hacer algo parecido al impulso de deformación o a los agujeros de gusano y sacarlos del campo de la ciencia ficción».1 Sir Martin Rees, astrónomo real de Gran Bretaña, llega a decir: «Agujeros de gusano, dimensiones extra y ordenadores cuánticos abren escenarios especulativos que podrían transformar eventualmente todo nuestro universo en un “cosmos viviente”».2
LA PROPULSIÓN ALCUBIERRE Y LA ENERGÍA NEGATIVA El mejor ejemplo de estirar el espacio es la propulsión Alcubierre, propuesta por el físico Miguel Alcubierre en 1994, que utiliza la teoría de la gravedad de Einstein. Es muy parecido al sistema de propulsión que se muestra en Star Trek. El piloto de una nave estelar semejante estaría sentado dentro de una burbuja (llamada una «burbuja de distorsión») en la que todo parecería normal, incluso cuando la cápsula espacial rompiera la barrera de la luz. De hecho, el piloto pensaría que estaba en reposo. Pero fuera de la burbuja se producirían distorsiones extremas del espacio-tiempo cuando el espacio que hay delante de la burbuja se comprimiera. No habría dilatación temporal, de modo que el tiempo transcurriría normalmente en el interior de la burbuja. Alcubierre admite que quizá Star Trek haya desempeñado un papel en su forma de llegar a esta solución. «La gente de Star Trek seguía hablando de propulsión por distorsión, la idea de que uno está distorsionando el espacio —dice—. Nosotros ya teníamos una teoría sobre cómo puede distorsionarse el espacio, y esa es la teoría de la relatividad general. Pensé que debería haber una manera de utilizar estos conceptos para ver cómo funcionaría un impulso por distorsión.»3 Esta es probablemente la primera vez que un programa de televisión inspiró una solución a una de las ecuaciones de Einstein. Alcubierre cree que un viaje en su propuesta nave espacial se parecería a un viaje a bordo del Halcón Milenario en La guerra de las galaxias. «Mi conjetura es que ellos verían probablemente algo muy parecido a esto. Delante de la nave, las estrellas se convertirían en líneas largas, trazos. Detrás no verían nada —solo oscuridad— porque la luz de las estrellas no podría moverse con rapidez suficiente para alcanzarles», dice.4 La clave para la propulsión Alcubierre es la energía necesaria para propulsar la cápsula hacia delante a velocidades mayores que la de la luz. Normalmente los físicos empiezan con una cantidad de energía positiva para propulsar una nave estelar, que siempre viaja más lenta que la luz. Para ir más allá de esta estrategia y poder viajar más rápido que la luz sería necesario cambiar el combustible. Un cálculo directo muestra que se necesitaría «masa negativa» o «energía negativa», quizá las entidades
más exóticas del universo, si es que existen. Tradicionalmente los físicos han descartado la energía negativa y la masa negativa como ciencia ficción. Pero ahora vemos que son indispensables para el viaje, y podrían existir realmente. Los científicos han buscado materia negativa en la naturaleza, pero hasta ahora sin éxito. (Antimateria y materia negativa son dos cosas totalmente diferentes. La primera existe y tiene energía positiva pero carga invertida. La existencia de materia negativa está por demostrar.) La materia negativa sería muy peculiar, porque sería más ligera que la nada. De hecho, flotaría. Si existiera materia negativa en el universo primitivo, se habría ido hacia el espacio exterior. A diferencia de los meteoritos que llegan a estrellarse en los planetas, atraídos por la gravedad de un planeta, la materia negativa evitaría los planetas. Sería repelida, y no atraída, por cuerpos grandes tales como estrellas y planetas. Así, aunque pudiera existir la materia negativa, solo esperamos encontrarla en el espacio profundo, y no ciertamente en la Tierra. Una propuesta para encontrar materia negativa en el espacio exterior implica la utilización de un fenómeno llamado «lentes de Einstein». Cuando la luz pasa junto a una estrella o una galaxia, su trayectoria es curvada por la gravedad, de acuerdo con la relatividad general. En 1912 (antes incluso de que hubiera desarrollado por completo la relatividad general) Einstein predijo que una galaxia podría actuar como la lente de un telescopio. La luz procedente de objetos distantes que pasara cerca de una galaxia próxima convergería cuando rodeara la galaxia, como en una lente, y formaría una figura de anillo característica cuando finalmente llegara a la Tierra. Estos fenómenos se llaman ahora «anillos de Einstein». En 1979 se observó el primero de estos anillos de Einstein en el espacio exterior. Desde entonces, los anillos se han convertido en una herramienta indispensable para la astronomía. (Por ejemplo, en otro tiempo se pensaba que sería imposible localizar «materia oscura» en el espacio exterior. [La materia oscura es una sustancia misteriosa que es invisible pero tiene peso. Rodea a las galaxias y es quizá diez veces más abundante que la materia visible ordinaria en el universo.] Pero científicos de la NASA han sido capaces de construir mapas de materia oscura porque esta curva la luz que la atraviesa, de la misma manera que el vidrio curva la luz.) Por consiguiente, debería ser posible utilizar lentes de Einstein para buscar materia negativa y agujeros de gusano en el espacio exterior. Estos curvarían la luz de una forma peculiar, que debería ser visible con el telescopio espacial Hubble. Hasta ahora las lentes de Einstein no han detectado la imagen de materia negativa o agujeros de gusano en el espacio exterior, pero la búsqueda continua. Si un día el telescopio espacial Hubble detecta la presencia de materia negativa o de un agujero de gusano mediante lentes de Einstein, podría desencadenar una onda de choque en la física. La energía negativa difiere de la materia negativa en que realmente existe, aunque solo en cantidades minúsculas. En 1933 Hendrik Casimir hizo una extraña predicción utilizando las leyes de la teoría cuántica. Afirmó que dos placas metálicas paralelas descargadas se atraerían mutuamente, como por arte de magia. Normalmente las placas paralelas están en reposo, puesto que carecen de
carga neta. Pero el vacío entre las dos placas paralelas no está vacío, sino lleno de «partículas virtuales» que nacen y desaparecen. Durante breves períodos de tiempo, pares electrón-antielectrón surgen de la nada para aniquilarse y desaparecer de nuevo en el vacío. Resulta irónico que el espacio vacío, que en otro tiempo se pensaba privado de cualquier cosa, ahora resulta estar agitado con actividad cuántica. Normalmente, minúsculas ráfagas de materia y antimateria parecerían violar la conservación de la energía. Pero debido al principio de incertidumbre, estas minúsculas violaciones tienen una vida increíblemente corta, y la energía se sigue conservando en promedio. Casimir descubrió que la nube de partículas virtuales crearía una presión neta en el vacío. El espacio entre las dos placas paralelas está confinado, y por ello la presión es baja. Pero la presión fuera de las placas no está confinada y es mayor, y por ello habrá una presión neta que tiende a juntar las placas. Normalmente, el estado de energía cero ocurre cuando estas dos placas están en reposo y alejadas una de otra. Pero a medida que las placas se aproximan, se puede extraer energía a partir de ellas. Así, puesto que se ha sacado energía cinética de las placas, la energía de las placas es menor que cero. Esta energía negativa fue medida realmente en el laboratorio en 1948, y los resultados confirmaron la predicción de Casimir. Así pues, la energía negativa y el efecto Casimir ya no son ciencia ficción, sino un hecho establecido. El problema, no obstante, es que el efecto Casimir es muy pequeño; se necesita un equipo de medida muy delicado para detectar esta energía en el laboratorio. (En general, la energía de Casimir es inversamente proporcional a la cuarta potencia de la distancia de separación entre las placas. Esto significa que cuanto menor es la distancia de separación, mayor es la energía.) El efecto Casimir fue medido con precisión en 1996 por Steven Lamoreaux en el Laboratorio Nacional de Los Álamos, y la fuerza atractiva es 1/30.000 del peso de una hormiga. Desde que Alcubierre propuso inicialmente su teoría, los físicos han descubierto varias propiedades extrañas. Las personas dentro de la nave estelar están desconectadas causalmente del mundo exterior. Esto significa que no basta con apretar un botón a voluntad para viajar más rápido que la luz. Uno no puede comunicarse a través de la burbuja. Tiene que haber una «autopista» preexistente a través del espacio y el tiempo, como una serie de trenes que pasen con un horario regular. En este sentido, la nave estelar no sería una nave ordinaria que pueda cambiar de dirección y velocidad a voluntad. La nave estelar sería realmente como un coche de pasajeros que cabalga sobre una «onda» preexistente de espacio comprimido, navegando a lo largo de un corredor preexistente de espacio-tiempo distorsionado. Alcubierre especula: «Necesitaríamos una serie de generadores de materia exótica a lo largo del camino, como en una autopista, que manipulen el espacio de una forma sincronizada».5 En realidad pueden encontrarse soluciones aún más extrañas a las ecuaciones de Einstein. Sus ecuaciones afirman que dada una cierta cantidad de masa o energía, puede computarse la distorsión de espacio-tiempo que la masa o energía generará (de la misma forma en que si dejamos caer una piedra
en un estanque, podemos calcular las ondulaciones que creará). Pero también se pueden seguir las ecuaciones hacia atrás. Podemos empezar con un espacio-tiempo extraño, del tipo que aparece en los episodios de La dimensión desconocida. (En estos universos, por ejemplo, podemos abrir una puerta y encontrarnos en la Luna. Podemos rodear un árbol y encontrarnos en un tiempo anterior y con el corazón al lado derecho del cuerpo.) Entonces calculamos la distribución de materia y energía relacionada con ese espacio-tiempo particular. (Esto significa que si se nos da una serie de ondas extrañas en la superficie de un estanque, podemos ir hacia atrás y calcular la distribución de piedras necesaria para producir estas ondas.) Así fue, de hecho, como Alcubierre obtuvo sus ecuaciones. Él partió de un espacio-tiempo compatible con ir más rápido que la luz, y luego trabajó hacia atrás y calculó la energía necesaria para producirlo.
AGUJEROS DE GUSANO Y AGUJEROS NEGROS Aparte de estirar el espacio, la segunda manera posible de romper la barrera de la luz es rasgar el espacio mediante agujeros de gusano, pasadizos que conectan dos universos. En la ficción, la primera mención de un agujero de gusano se debió al matemático de Oxford Charles Dogson, que escribió A través del espejo bajo el pseudónimo de Lewis Carroll. El espejo de Alicia es el agujero de gusano que conecta la campiña de Oxford con el mundo mágico de el País de las Maravillas. Introduciendo su mano en el espejo, Alicia puede transportarse en un instante de un universo al otro. Los matemáticos llaman a esto «espacios múltiplemente conexos». El concepto de agujeros de gusano en física data de 1916, un año después de que Einstein publicara su histórica teoría de la relatividad general. El físico Karl Schwarzschild, que entonces servía en el ejército del káiser, pudo resolver exactamente las ecuaciones de Einstein para el caso de una única estrella puntual. Lejos de la estrella, su campo gravitatorio era muy similar al de una estrella ordinaria, y de hecho Einstein utilizó la solución de Schwarzschild para calcular la desviación de la luz en torno a una estrella. La solución de Schwarzschild tuvo un impacto inmediato y profundo en astronomía, e incluso hoy es una de las soluciones mejor conocidas de las ecuaciones de Einstein. Durante generaciones los físicos utilizaron el campo gravitatorio alrededor de una estrella puntual como una aproximación al campo alrededor de una estrella real, que tiene un diámetro finito. Pero si se toma en serio esta solución puntual, entonces acechando en el centro de ella había un monstruoso objeto puntual que ha conmocionado y sorprendido a los físicos durante casi un siglo: un agujero negro. La solución de Schwarzschild para la gravedad de una estrella puntual era como un caballo de Troya. Desde fuera parecía un regalo del cielo, pero en el interior acechaban todo tipo de demonios y fantasmas. Pero si se aceptaba lo uno, había que aceptar lo otro. La solución de Schwarzschild mostraba que a medida que uno se acercaba a esta estrella puntual, sucedían cosas
extrañas. Alrededor de la estrella había una esfera invisible (llamada el «horizonte de sucesos») que era un punto de no retorno. Todo entraba, pero nada podía salir, como en un Roach Motel. * Una vez que se atravesaba el horizonte de sucesos ya no había vuelta atrás. (Una vez dentro del horizonte de sucesos, uno tenía que viajar más rápido que la luz para escapar al exterior del horizonte de sucesos, y eso sería imposible.) A medida que uno se acercara al horizonte de sucesos sus átomos serían estirados por fuerzas de marea. La gravedad que experimentarían los pies sería mucho mayor que la que experimentaría la cabeza, de modo que uno sería «espaguetificado» y luego desgarrado. Del mismo modo, los átomos del cuerpo también serían estirados y desgarrados por la gravedad. Para un observador exterior que observase cómo uno se aproximaba al horizonte de sucesos, parecería que uno se estaba frenando en el tiempo. De hecho, cuando uno llegara al horizonte de sucesos, ¡parecería que el tiempo se había detenido! Además, cuando uno atravesara el horizonte de sucesos vería luz que ha sido atrapada y ha estado dando vueltas alrededor de este agujero negro durante miles de millones de años. Parecería como si uno estuviera observando una película que detallara toda la historia del agujero negro, remontándose hacia atrás hasta su mismo origen. Y finalmente, si uno pudiera caer recto a través del agujero negro, habría otro universo en el otro lado. Esto se denomina el puente de Einstein-Rosen, introducido por primera vez por Einstein en 1935; ahora se llama un agujero de gusano. Einstein y otros físicos creían que una estrella nunca podría evolucionar de manera natural hasta un objeto tan monstruoso. De hecho, en 1939 Einstein publicó un artículo en el que demostraba que una masa circulante de gas y polvo nunca se condensaría en tal agujero negro. Por eso, aunque había un agujero de gusano acechando en el centro de un agujero negro, él confiaba en que dicho objeto extraño nunca podría formarse por medios naturales. De hecho, el astrofísico Arthur Eddington dijo en cierta ocasión que «debería haber una ley de la naturaleza que impidiera a una estrella comportarse de esa manera absurda». En otras palabras, el agujero negro era realmente una solución legítima a las ecuaciones de Einstein, pero no había ningún mecanismo conocido que pudiera formar uno por medios naturales. Todo esto cambió con la aparición de un artículo de J. Robert Oppenheimer y su estudiante Hartland Snyder, escrito ese mismo año, que demostraba que los agujeros negros pueden formarse realmente por medios naturales. Ellos suponían que una estrella moribunda había agotado su combustible nuclear y entonces colapsaba bajo su gravedad, de modo que implosionaba bajo su propio peso. Si la gravedad podía comprimir la estrella hasta que quedase dentro de su horizonte de sucesos, entonces nada conocido por la ciencia podía impedir que la gravedad estrujara la estrella hasta reducirla a una partícula puntual, el agujero negro. (Este método de implosión quizá diera a Oppenheimer la clave para construir la bomba de Nagasaki tan solo unos años después, que depende de la implosión de una
esfera de plutonio.) El siguiente avance fundamental llegó en 1963, cuando el matemático neozelandés Roy Kerr examinó el ejemplo quizá más realista de un agujero negro. Los objetos giran más rápidamente cuando se contraen, de la misma forma que los patinadores giran más rápido cuando acercan los brazos al cuerpo. Como resultado, los agujeros negros deberían estar girando a velocidades fantásticas. Kerr descubrió que un agujero negro en rotación no colapsaría en una estrella puntual, como habría supuesto Schwarzschild, sino que colapsaría a un anillo en rotación. Cualquiera suficientemente desafortunado para chocar con el anillo perecería; pero alguien que cayera en el anillo no moriría, sino que en realidad lo atravesaría. Pero en lugar de acabar en el otro lado del anillo, atravesaría el puente de Einstein-Rosen y acabaría en otro universo. En otras palabras, el agujero negro en rotación es el borde del espejo de Alicia. Si diera otra vuelta alrededor del anillo en rotación, entraría aún en otro universo. De hecho, entradas repetidas en el anillo en rotación colocarían a una persona en diferentes universos paralelos, algo muy parecido a apretar el botón «subida» en un ascensor. En principio podría haber un número infinito de universos, uno encima de otro. «Atraviesa este anillo mágico y —¡presto!— está usted en un universo completamente diferente donde radio y masa son negativos», escribió Kerr.6 Hay un grave inconveniente, sin embargo. Los agujeros negros son ejemplos de «agujeros de gusano no practicables»; es decir, el paso a través del horizonte de sucesos es un viaje de una sola dirección. Una vez que uno atraviesa el horizonte de sucesos y el anillo de Kerr, ya no puede volver atrás a través del anillo y salir a través del horizonte de sucesos. Pero en 1988 Kip Thorne y sus colegas en el Caltech encontraron un ejemplo de un agujero de gusano practicable, es decir, uno a través del cual se podía pasar libremente de un lado a otro. De hecho, en una solución, el viaje a través de un agujero de gusano no sería peor que ir en un avión. Normalmente la gravedad estrangularía la garganta del agujero de gusano y destruiría a los astronautas que trataran de llegar al otro lado. Esta es una razón por la que no es posible viajar más rápido que la luz a través de un agujero de gusano. Pero la fuerza repulsiva de la energía negativa o la masa negativa podría mantener la garganta abierta el tiempo suficiente para permitir a los astronautas un paso limpio. En otras palabras, masa o energía negativa es esencial tanto para el propulsor de Alcubierre como para la solución agujero de gusano. En los últimos años se ha encontrado un número sorprendente de soluciones exactas a las ecuaciones de Einstein que permiten agujeros de gusano. Pero ¿realmente existen agujeros de gusano, o son solo un objeto matemático? Hay varios problemas importantes con los agujeros de gusano. En primer lugar, para crear las violentas distorsiones de espacio y tiempo necesarias para atravesar un agujero de gusano, se necesitarían cantidades fabulosas de materia positiva y negativa, del orden de una estrella enorme o un agujero negro. Matthew Visser, un físico de la Universidad de Washington,
estima que la cantidad de energía negativa que se necesitaría para abrir un agujero de gusano de un metro es comparable a la masa de Júpiter, salvo que tendría que ser negativa. Dice: «Se necesita aproximadamente menos una masa de Júpiter para hacer el trabajo. Manipular una masa de Júpiter de energía positiva ya es bastante inverosímil, mucho más allá de nuestras capacidades en un futuro previsible».7 Kip Thorne, del Caltech, especula con que «resultará que las leyes de la física permiten suficiente materia exótica en agujeros de gusano de tamaño humano para mantener abierto el agujero. Pero también resultará que la tecnología para hacer agujeros de gusano y mantenerlos abiertos está inimaginablemente más allá de las capacidades de nuestra civilización humana».8 En segundo lugar, no sabemos qué estabilidad tendrían estos agujeros de gusano. La radiación generada por estos agujeros de gusano podría matar a cualquiera que entrara en ellos. O quizá los agujeros de gusano no serían estables en absoluto, y se cerraran en cuanto alguien entrara en ellos. En tercer lugar, los rayos luminosos que cayeran en el agujero negro serían desplazados hacia el azul; es decir, alcanzarían una energía cada vez mayor a medida que se acercaran al horizonte de sucesos. De hecho, en el propio horizonte de sucesos la luz está infinitamente desplazada hacia el azul, de modo que la radiación procedente de esta energía incidente podría matar a cualquiera a bordo de un cohete. Discutamos estos problemas con cierto detalle. Un problema está en acumular energía suficiente para rasgar el tejido del espacio y el tiempo. La manera más sencilla de hacerlo es comprimir un objeto hasta que se haga más pequeño que su «horizonte de sucesos». En el caso del Sol, esto significa comprimirlo hasta unos 3 kilómetros de diámetro, momento en el que colapsará en un agujero negro. (La gravedad del Sol es demasiado débil para comprimirlo de forma natural hasta 3 kilómetros, de modo que nuestro Sol nunca se convertirá en un agujero negro. En principio, esto significa que cualquier cosa, incluso usted, podría convertirse en un agujero negro si se comprimiera lo suficiente. Esto significaría comprimir a todos los átomos de su cuerpo a distancias menores que las subatómicas —una hazaña que está más allá de las capacidades de la ciencia moderna.) Una aproximación más práctica sería reunir una batería de rayos láser para disparar un haz intenso a un punto concreto. O construir un enorme colisionador de átomos para crear dos haces, que entonces colisionarían entre sí a energías fantásticas, suficientes para producir un pequeño rasguño en la fábrica del espacio-tiempo.
LA ENERGÍA DE PLANCK Y LOS ACELERADORES DE PARTÍCULAS Se puede calcular la energía necesaria para crear una inestabilidad en el espacio y el tiempo: es del orden de la energía de Planck, o 1028 electrones-voltio. Éste es un número inimaginablemente grande,
un trillón de veces mayor que la energía alcanzable con la más potente máquina actual, el gran colisionador de hadrones (LHC), situado en las afueras de Ginebra, Suiza. El LHC es capaz de hacer dar vueltas a protones en un gran «donut» hasta que alcanzan energías de billones de electrones-voltio, energías no vistas desde el big bang. Pero incluso esta monstruosa máquina se queda muy lejos de producir energías próximas a la energía de Planck. El siguiente acelerador de partículas después del LHC será el colisonador lineal internacional (ILC). En lugar de curvar la trayectoria de partículas subatómicas en un círculo, el ILC las lanzará en una trayectoria recta. Se inyectará energía a medida que las partículas se muevan a lo largo de esta trayectoria, hasta que alcancen energías inimaginablemente grandes. Entonces un haz de electrones colisionará con antielectrones, creando una enorme ráfaga de energía. El ILC tendrá de 30 a 40 kilómetros de longitud, o 10 veces la longitud del acelerador lineal de Stanford, actualmente el mayor acelerador lineal. Si todo va bien, el ILC estará terminado en algún momento de la próxima década. La energía producida por el ILC será de 0,5 a 1,0 billones de electrones-voltio —menos que los 14 billones de electrones-voltio del LHC, pero esto es engañoso. (En el LHC, las colisiones entre los protones tienen lugar entre los quarks constituyentes que forman el protón. Por ello, las colisiones en las que intervienen los quarks son de menos de 14 billones de electrones-voltio. Por esto es por lo que el ILC producirá energías de colisión mayores que las del LHC.) Además, puesto que el electrón no tiene constituyentes conocidos, la dinámica de las colisiones entre electrón y antielectrón es más simple y más limpia. Pero en realidad, también el ILC se queda a mucha distancia de poder abrir un agujero en el espacio-tiempo. Para eso se necesitaría un acelerador un trillón de veces más potente. Para nuestra civilización de tipo 0, que utiliza plantas muertas como combustible (por ejemplo, petróleo y carbón), esta tecnología está mucho más allá de cualquier cosa que podamos imaginar. Pero podría hacerse posible para una civilización tipo III. Recordemos que una civilización tipo III, que es galáctica en su uso de energía, consume una energía 10.000 millones de veces mayor que una civilización tipo II, cuyo consumo se basa en la energía de una única estrella. Y una civilización tipo II consume, a su vez, una energía 10.000 millones de veces mayor que una civilización tipo I, cuyo consumo se basa en la energía de un único planeta. En cien o doscientos años, nuestra débil civilización tipo 0 alcanzaría un estatus de tipo I. Dada esta proyección, estamos muy, muy lejos de poder alcanzar la energía de Planck. Muchos físicos creen que a distancias extremadamente minúsculas, a la distancia de Planck de 10–33 centímetros, el espacio no es vacío ni suave sino que se hace «espumoso»; burbujea con minúsculas burbujas que constantemente nacen, colisionan con otras burbujas y desaparecen de nuevo en el vacío. Estas burbujas que nacen y mueren en el vacío son «universos virtuales», muy similares a los pares virtuales de electrones y antielectrones que surgen de repente y luego desaparecen.Normalmente, este espacio-tiempo «espumoso» es del todo invisible para nosotros. Estas burbujas se forman a distancias
tan minúsculas que no podemos observarlas. Pero la física cuántica sugiere que si concentramos suficiente energía en un punto, hasta que alcanzamos la energía de Planck, esas burbujas pueden hacerse grandes. Entonces veríamos el espacio-tiempo burbujeando con minúsculas burbujas, cada una de las cuales es un agujero de gusano conectado a un «universo bebé». En el pasado estos universos bebé se consideraban una curiosidad intelectual, una consecuencia extraña de las puras matemáticas. Pero ahora los físicos piensan seriamente que nuestro universo podría haber salido originalmente de uno de estos universos bebé. Dicho pensamiento es una pura especulación, pero las leyes de la física admiten la posibilidad de abrir un agujero en el espacio concentrando suficiente energía en un punto, hasta que accedemos al espacio-tiempo espumoso y emergen agujeros de gusano que conectan nuestro universo con un universo bebé. Conseguir un agujero en el espacio requeriría, por supuesto, avances importantes en nuestra tecnología, pero una vez más podría ser posible para una civilización tipo III. Por ejemplo, ha habido desarrollos prometedores en algo llamado un «acelerador de mesa Wakefield». Curiosamente, este colisionador de átomos es tan pequeño que puede colocarse encima de una mesa y pese a todo generar miles de millones de electrones-voltio de energía. El acelerador de mesa Wakefield funciona disparando láseres sobre partículas cargadas, que entonces cabalgan sobre la energía de dicho láser. Experimentos hechos en el Centro del Acelerador Lineal de Stanford, el Laboratorio RutherfordAppleton en Inglaterra y la École Polytechnique en París muestran que son posibles enormes aceleraciones sobre pequeñas distancias utilizando haces láser y plasma para inyectar energía. Otro gran avance tuvo lugar en 2007, cuando físicos e ingenieros en el Centro del Acelerador Lineal de Standford, la UCLA y la USC demostraron que se puede duplicar la energía de un enorme acelerador de partículas en tan solo 1 metro. Empezaron disparando un haz de electrones en un tubo de 3 kilómetros de longitud en Stanford, que alcanzaban una energía de 42.000 millones de electronesvoltio. Luego, estos electrones de alta energía se enviaban a través de un «quemador», que consistía en una cámara de plasma de solo 88 centímetros, donde los electrones recogían otros 42.000 millones de electrones-voltio, lo que duplicaba su energía. (La cámara de plasma está llena con litio gaseoso. Cuando los electrones pasan a través del gas producen una onda de plasma que crea una estela. Esta estela, a su vez, fluye hacia la parte trasera del haz de electrones y entonces lo empuja hacia delante, dándole un impulso extra.) Con esta impresionante hazaña, los físicos mejoraron en un factor de tres mil el récord anterior de energía por metro con la que podían acelerar un haz electrónico. Añadiendo tales «quemadores» a los aceleradores existentes, en teoría se podría duplicar su energía casi de balde. Hoy, el récord mundial para un acelerador de mesa Wakefield es de 200.000 millones de electronesvoltio por metro. Hay muchos problemas para extrapolar este resultado a distancias más largas (tales como mantener la estabilidad del haz cuando en él se bombea la energía del láser). Pero suponiendo que pudiéramos mantener un nivel de energía de 200.000 electrones-voltio por metro, esto significa
que un acelerador capaz de alcanzar la energía de Planck tendría que tener una longitud de 10 años luz. Esto está dentro de la capacidad de una civilización tipo III.
Agujeros de gusano y espacio estirado pueden proporcionarnos la forma más realista de romper la barrera de la luz. Pero no se sabe si estas tecnologías son estables; si lo son, seguiría siendo necesaria una fabulosa cantidad de energía, positiva o negativa, para hacerlas funcionar. Quizá una avanzada civilización tipo III podría tener ya esta tecnología. Podrían pasar milenios antes de que podamos pensar siquiera en dominar energía a esta escala. Puesto que todavía hay controversia sobre las leyes fundamentales que gobiernan el tejido del espacio-tiempo en el nivel cuántico, yo clasificaría esto como una imposibilidad de clase II.
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Tercera parte IMPOSIBILIDADES DE CLASE III
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15 Precognición Una paradoja es la verdad puesta boca abajo para llamar la atención. NICHOLAS FALLETTA
¿Existe algo tal como la precognición, o visión del futuro? Esta antigua idea está presente en todas las religiones, desde los oráculos griegos y romanos o los profetas del Antiguo Testamento. Pero en tales historias, el don de la profecía también puede ser una maldición. En la mitología griega existe la historia de Casandra, la hija del rey de Troya. Debido a su belleza atrajo la atención del dios del sol, Apolo. Para ganarse su amor, Apolo le concedió la capacidad de ver el futuro. Pero Casandra rechazó las pretensiones de Apolo. En un arrebato de ira, Apolo le dio una vuelta a su don, de modo que Casandra podría ver el futuro pero nadie la creería. Cuando Casandra advirtió al pueblo de Troya de su fin inminente, nadie la escuchó. Ella predijo la traición del caballo de Troya, la muerte de Agamenón e incluso su propia muerte, pero en lugar de prestarle atención, los troyanos pensaron que estaba loca y la encerraron. Nostradamus, que escribía en el siglo XVI, y más recientemente Edgar Cayce han afirmado que podían levantar el velo del tiempo. Aunque se ha afirmado muchas veces que sus predicciones han resultado ciertas (por ejemplo, predecir correctamente la Segunda Guerra Mundial, el asesinato de J. F. K. y la caída del comunismo), la forma oscura y alegórica en que muchos de estos videntes registraban sus versos admite una gran variedad de interpretaciones contradictorias. Las cuartetas de Nostradamus, por ejemplo, son tan generales que se puede leer en ellas casi cualquier cosa (y la gente lo ha hecho). Una cuarteta dice: Desde el centro del mundo suben fuegos que conmueven la Tierra: Alrededor de la «Nueva Ciudad» la Tierra es un temblor Dos grandes nobles librarán una guerra infructuosa La ninfa de las fuentes hace brotar un nuevo río rojo.*
Algunos han afirmado que esta cuarteta demostraba que Nostradamus predijo la destrucción de las Torres Gemelas en Nueva York el 11 de septiembre de 2001. Pero durante siglos se han dado muchas otras interpretaciones a esta misma cuarteta. Las imágenes son tan vagas que son posibles muchas interpretaciones. La precognición es también un artificio favorito en las obras de teatro que hablan de la caída inminente de reyes e imperios. En Macbeth de Shakespeare la precognición es fundamental para el
tema de la obra y para las ambiciones de Macbeth, que encuentra a tres brujas que predicen su ascenso para convertirse en rey de Escocia. Desencadenadas sus ambiciones asesinas por la profecía de las brujas, empieza una campaña sangrienta para deshacerse de sus enemigos, que incluye matar a la esposa y los hijos inocentes de su rival Macduff. Después de cometer una serie de horribles crímenes para hacerse con la corona, Macbeth sabe por las brujas que él no puede ser derrotado en batalla o «vencido hasta que el gran bosque de Birnam ascienda por las colinas de Dunsinane y llegue hasta él», y que «nadie nacido de mujer podrá dañar a Macbeth». Macbeth se siente seguro con esta profecía, porque un bosque no puede moverse y todos los hombres han nacido de mujer. Pero el gran bosque de Birnam se mueve y avanza hacia Macbeth cuando las tropas de Macduff se camuflan tras ramas del bosque; y el propio Macduff nació por cesárea. Aunque las profecías del pasado tienen muchas interpretaciones alternativas, y por ello son imposibles de comprobar, hay una serie de profecías fáciles de analizar: las predicciones de la fecha exacta del fin de la Tierra, el Día del Juicio Final. Desde que el último capítulo de la Biblia, el Apocalipsis, presentó con gran detalle los días finales de la Tierra, cuando el caos y la destrucción acompañarán la llegada del Anticristo y la final segunda venida de Cristo, los fundamentalistas han tratado de predecir la fecha exacta del fin de los días. Una de las más famosas predicciones del Día del Juicio Final fue hecha por astrólogos que predijeron un gran diluvio que acabaría con el mundo el 20 de febrero de 1524, basándose en la conjunción de todos los planetas en los cielos: Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno. Una oleada de pánico barrió Europa. En Inglaterra, 20.000 personas huyeron de sus casas presas de la desesperación. Alrededor de la iglesia de San Bartolomé se construyó una fortaleza con reservas de comida y agua para los dos últimos meses. Por toda Alemania y Francia la gente se afanó en construir grandes arcas para sobrevivir al diluvio. El conde Von Iggleheim construyó incluso una enorme arca de tres pisos preparándose para este suceso trascendental. Pero cuando por fin llegó la fecha, solo hubo una ligera lluvia. El miedo de las masas se transformó rápidamente en ira. Quienes habían vendido todas sus pertenencias y habían cambiado de vida por completo se sintieron traicionados. Turbas furiosas empezaron a causar estragos. El conde fue apedreado hasta morir, y cientos de personas murieron cuando la turba salió en estampida. Los cristianos no son los únicos que creen en el don de la profecía. En 1648 Sabbatai Zevi, el hijo de un rico judío de Esmirna, se proclamó Mesías y predijo que el mundo se acabaría en 1666. Apuesto, carismático y bien versado en los textos místicos de la Cábala, no tardó en reunir a un grupo de seguidores leales, quienes difundieron la nueva por toda Europa. En la primavera de 1666, judíos de regiones tan distantes como Francia, Holanda, Alemania y Hungría empezaron a hacer sus equipajes y acudir a la llamada de su Mesías. Pero ese mismo año Zevi fue arrestado por el gran visir de Constantinopla y arrojado a la prisión con cadenas. Enfrentado a una posible sentencia de muerte, se
deshizo de sus vestimentas judías, adoptó un turbante turco y se convirtió al islam. Decenas de miles de sus devotos seguidores abandonaron el culto con gran desilusión. Las profecías de los videntes resuenan incluso hoy, e influyen en la vida de decenas de millones de personas en todo el mundo. En Estados Unidos, William Miller declaró que el día del Juicio Final llegaría el 3 de abril de 1843. Mientras las noticias de esta profecía se difundían por Estados Unidos, una espectacular lluvia de meteoritos, una de las mayores de su clase, iluminó el cielo nocturno en 1833, lo que dio más fuerza a la profecía de Miller. Decenas de miles de devotos seguidores, llamados milleritas, esperaron la llegada del Armagedón. Cuando llegó 1843 y pasó sin que llegara del Fin de los Días, el movimiento millerita se dividió en varios grupos. Debido al enorme número de seguidores que habían acumulado los milleritas, cada una de estas sectas iba a tener un gran impacto en la religión hasta hoy. Una gran fracción del movimiento millerita se reagrupó en 1863 y cambió su nombre por el de Iglesia Adventista del Séptimo Día, que hoy cuenta con unos 14 millones de miembros bautizados. Entre sus creencias ocupa un lugar central la inminente Segunda Venida de Cristo. Otro secta de milleritas derivó más tarde hacia la obra de Charles Taze Russell, que retrasó la fecha del Día del Juicio Final a 1874. Cuando esa fecha también pasó, revisó su predicción, basada en el análisis de las grandes pirámides de Egipto, para situarla en 1914. Este grupo se llamaría más tarde Testigos de Jehová, con una afiliación de más de 6 millones de personas. Pese a todo, otras fracciones del movimiento millerita continuaron haciendo predicciones, lo que precipitaba nuevas divisiones cada vez que fallaba una predicción. Un pequeño grupo escindido de los milleritas se denominó la Rama Davidiana, que se separó de la Iglesia Adventista del Séptimo Día en la década de 1930. Tenían una pequeña comuna en Waco, Texas, que cayó bajo la influencia carismática de un joven predicador llamado David Koresh, que hablaba hipnóticamente del fin del mundo. Este grupo tuvo un violento final en un trágico enfrentamiento con el FBI en 1993, cuando un voraz infierno consumió la finca, incinerando a 76 miembros, entre ellos 27 niños, y también Koresh.
¿PODEMOS VER EL FUTURO? ¿Pueden tests rigurosamente científicos demostrar que algunos individuos pueden ver el futuro? En el capítulo 12 hemos visto que el viaje en el tiempo podría ser compatible con las leyes de la física, aunque solo para una civilización avanzada de tipo III. Pero ¿es posible la precognición hoy en la Tierra? Sofisticados tests realizados en el Centro Rhine parecen sugerir que algunas personas pueden ver el futuro; es decir, pueden identificar cartas antes de que sean desveladas. Pero experimentos repetidos han demostrado que el efecto es muy pequeño, y suele desaparecer cuando otros tratan de reproducir
los resultados. De hecho, es difícil reconciliar la precognición con la física moderna porque viola la causalidad, la ley de causa y efecto. Los efectos ocurren después de las causas, y no al revés. Todas las leyes de la física que se han descubierto hasta ahora llevan la causalidad incorporada. Una violación de la causalidad señalaría un colapso importante de los fundamentos de la física. La mecánica newtoniana se basa firmemente en la causalidad. Las leyes de Newton son tan omnicomprensivas que si se conoce la posición y la velocidad de todas las moléculas en el universo, se puede calcular el movimiento futuro de todos los átomos. Así pues, el futuro es calculable. En teoría, la mecánica newtoniana afirma que si tuviéramos un ordenador suficientemente grande, podríamos computar todos los sucesos futuros. Según Newton, el universo es como un reloj gigantesco, al que Dios dio cuerda en el comienzo del tiempo y que desde entonces marcha según Sus leyes. No hay lugar para la precognición en la teoría newtoniana.
HACIA ATRÁS EN EL TIEMPO Cuando se discute la teoría de Maxwell, el escenario se hace mucho más complicado. Cuando resolvemos las ecuaciones de Maxwell para la luz no encontramos una, sino dos soluciones: una onda «retardada», que representa el movimiento estándar de la luz de un punto a otro; y también una onda «adelantada», donde el haz luminoso va hacia atrás en el tiempo. Esta solución adelantada ¡viene del futuro y llega al pasado! Durante cien años, cuando los ingenieros han encontrado esta solución «adelantada» que va hacia atrás en el tiempo, simplemente la han descartado como una curiosidad matemática. Puesto que las ondas retardadas predecían de forma tan exacta el comportamiento de la radio, las microondas, la televisión, el radar y los rayos X, ellos simplemente arrojaron la solución adelantada por la ventana. Las ondas retardadas eran tan espectacularmente bellas y acertadas que los ingenieros se limitaron a ignorar la gemela fea. ¿Por qué empañar el éxito? Pero para los físicos, la onda adelantada fue un problema constante durante el siglo pasado. Puesto que las ecuaciones de Maxwell son uno de los pilares de la era moderna, cualquier solución de estas ecuaciones tiene que ser tomada muy en serio, incluso si entraña aceptar ondas que vienen del futuro. Parecía que era imposible ignorar totalmente las ondas adelantadas. ¿Por qué la naturaleza, en su nivel más fundamental, iba a darnos una solución tan extraña? ¿Era esto una broma cruel, o había un significado más profundo? Los místicos empezaron a interesarse por estas ondas adelantadas, y especularon con que aparecerían como mensajes del futuro. Quizá si pudiéramos dominar de alguna manera estas ondas, podríamos enviar mensajes al pasado, y con ello alertar a las generaciones precedentes de lo que les
iba a acaecer. Por ejemplo, podríamos enviar un mensaje a nuestros abuelos en el año 1929 advirtiéndoles para que vendieran todas sus acciones antes del Gran Crash. Tales ondas adelantadas no nos permitirían visitar el pasado personalmente, como en el viaje en el tiempo, pero nos permitirían enviar cartas y mensajes al pasado para alertar a la gente sobre sucesos clave que todavía no habrían ocurrido. Estas ondas adelantadas eran un misterio hasta que fueron estudiadas por Richard Feynman, que estaba intrigado por la idea de ir hacia atrás en el tiempo. Después de trabajar en el Proyecto Manhattan, que construyó la primera bomba atómica, Feynman dejó Los Álamos y fue a la Universidad de Princeton para trabajar con John Wheeler. Mientras analizaba el trabajo original de Dirac sobre el electrón, Feynman encontró algo muy extraño. Si invertía la dirección del tiempo en la ecuación de Dirac, e invertía también la carga del electrón, la ecuación permanecía igual. En otras palabras, ¡un electrón que fuera hacia atrás en el tiempo era lo mismo que un antielectrón que fuera hacia delante en el tiempo! Normalmente, un físico veterano descartaría esta interpretación, calificándola de simple truco, algo matemático sacado de la manga pero carente de significado. Ir hacia atrás en el tiempo parecía no tener sentido, pero las ecuaciones de Dirac eran claras en este punto. En otras palabras, Feynman había encontrado la razón de que la naturaleza permitiera estas soluciones hacia atrás en el tiempo: ellas representaban el movimiento de la antimateria. Si hubiera sido un físico más viejo, Feynman podría haber arrojado esta solución por la ventana, pero al ser un estudiante licenciado, decidió seguir su curiosidad. Cuando siguió profundizando en este enigma, el joven Feynman advirtió algo aún más extraño. Lo normal es que si un electrón y un antielectrón colisionan, se aniquilan mutuamente y crean un rayo gamma. Él lo dibujó en una hoja de papel: dos objetos chocan y se convierten en una ráfaga de energía. Pero entonces, si se invertía la carga del antielectrón, este se convertía en un electrón ordinario que iba hacia atrás en el tiempo. Ahora se podía reescribir el mismo diagrama con la flecha del tiempo invertida. Era como si el electrón fuera hacia delante en el tiempo y repentinamente decidiera invertir la dirección. El electrón hacía un giro en U en el tiempo y retrocedía en el tiempo, liberando en el proceso una ráfaga de energía. En otras palabras, es el mismo electrón. ¡El proceso de aniquilación electrón-antielectrón era simplemente un mismo electrón que decidía volver atrás en el tiempo! Así, Feynman reveló el verdadero secreto de la antimateria: es tan solo materia ordinaria que va hacia atrás en el tiempo. Esta sencilla observación explicaba el enigma de que todas las partículas tienen antipartículas compañeras: es porque todas las partículas pueden viajar hacia atrás en el tiempo, y así enmascararse como antimateria. (Esta interpretación es equivalente al «mar de Dirac» antes mencionado, pero es más sencilla, y es la explicación actualmente aceptada.) Supongamos que tenemos una masa de antimateria que colisiona con materia ordinaria, lo que produce una enorme explosión. Existen ahora billones de electrones y billones de antielectrones que se
aniquilan. Pero si invirtiéramos la dirección de la flecha para el antielectrón, convirtiéndolo en un electrón que va hacia atrás en el tiempo, esto significaría que el mismo electrón iba zigzagueando hacia atrás y hacia delante billones de veces. Había otro curioso resultado: debe haber solo un electrón en la masa de materia. El mismo electrón zigzagueando en el tiempo atrás y adelante. Cada vez que hacía un giro U en el tiempo, se convertía en antimateria. Pero si hacía otro giro en U en el tiempo se convertía en otro electrón. (Con su director de tesis, John Wheeler, Feynman especuló con que quizá el universo entero consistía en solo un electrón, zigzagueando atrás y adelante en el tiempo. Imaginemos que del caos del big bang original solo salió un electrón. Billones de años después, este único electrón encontraría finalmente el cataclismo del Día del Juicio Final, donde haría un giro en U y retrocedería en el tiempo, liberando un rayo gamma en el proceso. Volvería atrás hasta el big bang original, y entonces haría otro giro en U. El electrón repetiría entonces viajes en zigzag hacia atrás y hacia delante, desde el big bang al Día del Juicio Final. Nuestro universo en el siglo XXI es solo un corte en el tiempo de este viaje del electrón, en el que vemos billones de electrones y antielectrones, es decir, el universo visible. Por extraña que esta teoría pueda parecer, explicaría un hecho curioso de la teoría cuántica: por qué todos los electrones son iguales. En física no se pueden etiquetar los electrones. No hay electrones verdes o electrones Juanito. Los electrones no tienen individualidad. No se puede «marcar» un electrón, como los científicos marcan a veces a los animales salvajes para estudiarlos. Quizá la razón es que el universo entero consiste en el mismo electrón, solo que rebotando atrás y adelante en el tiempo.) Pero si la antimateria es materia ordinaria que va hacia atrás en el tiempo ¿es posible enviar un mensaje al pasado? ¿Es posible enviar el Wall Street Journal de hoy al pasado para que uno pueda hacer una buena operación en la Bolsa? La respuesta es no. Si tratamos la antimateria como tan solo otra forma exótica de materia y entonces hacemos un experimento con antimateria, no hay violaciones de causalidad. Causa y efecto siguen siendo iguales. Si ahora invertimos la flecha del tiempo para el antielectrón, y lo enviamos hacia atrás en el tiempo, solo hemos realizado una operación matemática. La física sigue siendo la misma. Nada ha cambiado físicamente. Todos los resultados experimentales siguen siendo los mismos. Por eso es absolutamente válido ver el electrón yendo hacia atrás y hacia delante en el tiempo. Pero cada vez que el electrón va hacia atrás en el tiempo, simplemente satisface el pasado. Por ello parece como si las soluciones adelantadas procedentes del futuro fueran realmente necesarias para tener una teoría cuántica consistente, pero no violan la causalidad. (De hecho, sin estas extrañas ondas adelantadas la causalidad se violaría en la teoría cuántica. Feynman demostró que si sumamos la contribución de las ondas adelantadas y retardadas, encontramos que los términos que podrían violar la causalidad se cancelan exactamente. Así pues, la antimateria es esencial para preservar la causalidad. Sin antimateria, la causalidad podría venirse abajo.)
Feynman desarrolló el germen de esta idea descabellada hasta que finalmente cristalizó en una completa teoría cuántica del electrón. Su creación, la electrodinámica cuántica (QED), ha sido verificada experimentalmente hasta una precisión de una parte en 10.000 millones, lo que la hace una de las teorías más precisas de todos los tiempos. Le valió a él y a sus colegas Julian Schwinger y SinItiro Tomonaga el premio Nobel en 1965. (En el discurso de aceptación del premio Nobel, Feynman dijo que cuando era joven se había enamorado impulsivamente de estas ondas adelantadas procedentes del futuro, como quien se enamora de una hermosa joven. Hoy esa hermosa joven se ha convertido en una mujer adulta que es la madre de muchos niños. Uno de estos niños es su teoría de la electrodinámica cuántica.)
TAQUIONES PROCEDENTES DEL FUTURO Además de ondas adelantadas procedentes del futuro (que han demostrado su utilidad una y otra vez en la teoría cuántica) hay aún otro concepto extraño de la teoría cuántica que parece igual de descabellado, aunque quizá no tan útil. Se trata de la idea de los «taquiones», que aparecen regularmente en Star Trek . Cada vez que los guionistas de Star Trek necesitan algún nuevo tipo de energía para realizar una operación mágica, acuden a los taquiones. Los taquiones viven en un mundo extraño donde todo viaja más rápido que la luz. Cuando los taquiones pierden energía, viajan más rápidos, lo que viola el sentido común. De hecho, si pierden toda su energía viajan a velocidad infinita. Sin embargo, cuando los taquiones ganan energía se frenan hasta que alcanzan la velocidad de la luz. Lo que hace tan extraños a los taquiones es que tienen masa imaginaria. (Por «imaginaria» entendemos que su masa se ha multiplicado por la raíz cuadrada de menos uno, o «i».) Si simplemente tomamos las famosas ecuaciones de Einstein y sustituimos «m» por «im», sucede algo maravilloso. De repente, todas las partículas viajan más rápidas que la luz. Este resultado da lugar a extrañas situaciones. Si un taquión atraviesa la materia, pierde energía porque colisiona con átomos. Pero cuando pierde energía se acelera, lo que aumenta sus colisiones con los átomos. Estas colisiones deberían hacer que pierda más energía y con ello se acelere todavía más. Puesto que esto crea un círculo vicioso, el taquión alcanza de manera natural una velocidad infinita por sí solo. (Los taquiones son diferentes de la antimateria y la materia negativa. La antimateria tiene energía positiva, viaja a una velocidad menor que la de la luz y puede crearse en nuestros aceleradores de partículas. Cae bajo la acción de la gravedad, según la teoría. La antimateria corresponde a materia ordinaria que va hacia atrás en el tiempo. La materia negativa tiene energía negativa y también viaja a velocidad menor que la de la luz, pero asciende bajo la acción de la gravedad. La materia negativa no
se ha encontrado nunca en el laboratorio. En teoría, en grandes cantidades podría usarse para alimentar máquinas del tiempo. Los taquiones viajan más rápidos que la luz y tienen masa imaginaria; no está claro si ascienden o caen bajo la gravedad. Tampoco estos se han encontrado en el laboratorio.) Por extraños que sean los taquiones, han sido estudiados seriamente por los físicos, incluidos el finado Gerald Feinberg de la Universidad de Columbia y George Sudarshan de la Universidad de Texas, en Austin. El problema es que nadie ha visto nunca un taquión en el laboratorio. La evidencia experimental clave a favor de los taquiones sería una violación de causalidad. Feinberg sugirió incluso que los físicos examinaran un haz láser antes de que fuera conectado. Si los taquiones existen, entonces quizá la luz del haz láser podría detectarse incluso antes de encender el aparato. En las historias de ciencia ficción se utilizan los taquiones regularmente para enviar mensajes a videntes en el pasado. Pero si se examina la física no está claro que esto sea posible. Feinberg, por ejemplo, creía que la emisión de un taquión que fuera hacia delante en el tiempo era idéntica a la absorción de un taquión de energía negativa que fuera hacia atrás en el tiempo (similar a la situación con respecto a la antimateria) y con ello no había violación de causalidad. Aparte de la ciencia ficción, hoy la interpretación moderna de los taquiones es que podrían haber existido en el instante del big bang, violando la causalidad, pero ya no existen. De hecho, podrían haber desempeñado un papel esencial en provocar el «bang» del universo en primer lugar. En este sentido, los taquiones son esenciales para algunas teorías del big bang. Los taquiones tienen una propiedad peculiar. Cuando se introducen en cualquier teoría, desestabilizan el «vacío», es decir, el estado de mínima energía de un sistema. Si un sistema tiene taquiones está en un «falso vacío», de modo que el sistema es inestable y decaerá al verdadero vacío. Pensemos en una presa que retiene al agua en un pantano. Esto representa el «falso vacío». Aunque la presa parece perfectamente estable, hay un estado de energía que está más bajo que la presa. Si se abre una grieta en la presa y el agua se filtra por ella hasta que se rompe, el sistema alcanza el verdadero vacío cuando el agua fluye hasta el nivel del mar. Del mismo modo, se cree que el universo antes del big bang partió del falso vacío, en el que había taquiones. Pero la presencia de taquiones significaba que este no era el estado de mínima energía, y por ello el sistema era inestable. En el tejido del espacio-tiempo apareció un minúsculo «desgarrón» que representaba el verdadero vacío. Cuando el desgarrón se hizo más grande, surgió una burbuja. Fuera de la burbuja los taquiones siguen existiendo, pero en su interior han desaparecido todos los taquiones. Cuando la burbuja se expande encontramos el universo tal como lo conocemos, sin taquiones. Eso es el big bang. Una teoría que toman muy en serio los cosmólogos es que un taquión, llamado el «inflatón», inició el proceso de inflación original. Como he mencionado antes, la teoría del universo inflacionario afirma que el universo empezó como una minúscula burbuja de espacio-tiempo que experimentó una fase inflacionaria turbocargada. Los físicos creen que el universo empezó originalmente en el estado
de falso vacío, donde el campo inflatón era un taquión. Pero la presencia de un taquión desestabilizó el vacío y formó burbujas minúsculas. Dentro de una de estas burbujas el campo inflaton tomó el estado de verdadero vacío. Esta burbuja empezó entonces a inflarse rápidamente, hasta que se convirtió en nuestro universo. En el interior de nuestro universo-burbuja la inflación ha desaparecido, de modo que ya no puede detectarse en nuestro universo. Por ello los taquiones representan un estado cuántico extraño en el que los objetos van más rápidos que la luz y quizá incluso violan la causalidad. Pero ellos desaparecieron hace mucho tiempo, y quizá dieron lugar al propio universo. Todo esto puede sonar como especulación ociosa que no es comprobable. Pero la teoría del falso vacío tendrá su primer test experimental, a partir de 2008, cuando se ponga en marcha el gran colisionador de hadrones en las afueras de Ginebra, Suiza. Uno de los objetivos clave del LHC es encontrar el «bosón de Higgs«, la última partícula en el modelo estándar, la única que está por encontrar. Es la última pieza de este rompecabezas. (La partícula de Higgs es tan importante pero tan escurridiza que el premio Nobel Leon Lederman la llamó «la partícula divina».) Los físicos creen que el bosón de Higgs empezó originalmente como un taquión. En el falso vacío ninguna de las partículas subatómicas tenía masa. Pero su presencia desestabilizó el vacío, y el universo hizo una transición a un nuevo vacío en el que el bosón de Higgs se convirtió en una partícula ordinaria. Después de la transición de un taquión a una partícula ordinaria, las partículas subatómicas empezaron a tener las masas que medimos hoy en el laboratorio. Así pues, el descubrimiento del bosón de Higgs no solo completará la última pieza que falta en el modelo estándar, sino que también verificará que el estado taquiónico existió una vez pero se ha transformado en una partícula ordinaria. En resumen, la precognición está descartada por la física newtoniana. La regla de hierro de causa y efecto nunca se viola. En la teoría cuántica son posibles nuevos estados de materia, tales como antimateria, que corresponden a materia que va hacia atrás en el tiempo, pero la causalidad no se viola. De hecho, en una teoría cuántica la antimateria es esencial para restaurar la causalidad. A primera vista los taquiones parecen violar la causalidad, pero los físicos creen que su verdadero propósito era desencadenar el big bang y por ello ya no son observables. Por consiguiente, la precognición parece estar descartada, al menos en el futuro previsible, lo que la hace una imposibilidad de clase III. Si se probara alguna vez la precognición en experimentos reproducibles, ello causaría una conmoción importante en los mismos fundamentos de la física moderna.
Epílogo El futuro de lo imposible No hay nada tan grande ni tan descabellado que alguna de entre un millón de sociedades tecnológicas no se sienta impulsada a hacer, con tal de que sea físicamente posible. FREEMAN DYSON
El destino no es cuestión de azar; es cuestión de elección. No es algo que hay que esperar; es algo que hay que conseguir. WILLIAM JENNINGS BRYAN
¿Hay verdades que estarán para siempre más allá de nuestro alcance? ¿Hay dominios del conocimiento que estarán fuera de las capacidades de incluso una civilización avanzada? De todas las tecnologías analizadas hasta ahora, solo las máquinas de movimiento perpetuo y la precognición caen en la categoría de imposibilidades de clase III. ¿Hay otras tecnologías que sean imposibles de un modo similar? Las matemáticas puras son ricas en teoremas que demuestran que ciertas cosas son realmente imposibles. Un sencillo ejemplo es que es imposible trisecar un ángulo utilizando solo regla y compás; esto fue demostrado ya en 1837. Incluso en sistemas simples tales como la aritmética hay imposibilidades. Como he mencionado antes, es imposible demostrar todos los enunciados verdaderos de la aritmética dentro de los postulados de la aritmética. La aritmética es incompleta. Siempre habrá enunciados verdaderos en la aritmética que solo pueden ser demostrados si pasamos a un sistema mucho mayor que incluye a la aritmética como un subconjunto. Aunque hay cosas imposibles en matemáticas, siempre es peligroso declarar que algo es absolutamente imposible en las ciencias físicas. Permítanme recordar una charla que dio el premio Nobel Albert A. Michelson en 1894 con ocasión de la dedicatoria del Ryerson Physical Lab en la Universidad de Chicago, en la que declaraba que era imposible descubrir cualquier nueva física: «Todas las leyes y los hechos más fundamentales de la ciencia física han sido ya descubiertos, y están ahora tan firmemente establecidos que la posibilidad de que sean sustituidos alguna vez como consecuencia de nuevos descubrimientos es extraordinariamente remota. […] Nuestros futuros descubrimientos deben buscarse en la sexta cifra decimal». Sus comentarios fueron pronunciados en la víspera de algunas de las más grandes convulsiones en la historia de la ciencia, la revolución cuántica de 1900 y la revolución de la relatividad de 1905. La moraleja es que las cosas que hoy son imposibles violan las leyes de la física conocidas, pero las leyes
de la física, tal como las conocemos, pueden cambiar. En 1825 el gran filósofo francés Auguste Comte, en su Course de Philosophie, declaraba que para la ciencia era imposible determinar de qué estaban hechas las estrellas. Esto parecía una apuesta segura en la época, puesto que no se sabía nada sobre la naturaleza de las estrellas. Estaban tan lejanas que era imposible visitarlas. Pero solo pocos años después de que se hiciera esta afirmación, los físicos (por medio de la espectroscopia) declararon que el Sol estaba formado por hidrógeno. De hecho, ahora sabemos que analizando las líneas espectrales en la luz de las estrellas emitida hace miles de millones de años es posible determinar la naturaleza química de la mayor parte del universo. Comte retaba al mundo de la ciencia con una lista de otras «imposibilidades»: • Afirmaba que la «estructura última de los cuerpos debe transcender siempre a nuestro conocimiento». En otras palabras, era imposible conocer la verdadera naturaleza de la materia. • Pensaba que nunca podrían utilizarse las matemáticas para explicar la biología y la química. Era imposible, afirmaba, reducir estas ciencias a matemáticas. • Creía que era imposible que el estudio de los cuerpos celestes tuviera algún impacto en los asuntos humanos. En el siglo XIX era razonable proponer estas «imposibilidades» puesto que se conocía muy poco de la ciencia fundamental. No se sabía casi nada de los secretos de la materia y la vida. Pero hoy tenemos la teoría atómica, que ha abierto todo un nuevo dominio de investigación científica sobre la estructura de la materia. Conocemos el ADN y la teoría cuántica, que han desvelado los secretos de la vida y la química. También sabemos de los impactos de meteoritos procedentes del espacio, que no solo han influido en el curso de la vida en la Tierra sino que también han ayudado a conformar su existencia misma. El astrónomo John Barrow señala: «Los historiadores aún debaten si las ideas de Comte fueron parcialmente responsables del posterior declive de la ciencia francesa».1 El matemático David Hilbert, rechazando las afirmaciones de Comte, escribió: «A mi modo de ver, la verdadera razón por la que Comte no pudo encontrar un problema insoluble yace en el hecho de que no hay tal cosa como un problema insoluble».2 Pero hoy algunos científicos están planteando un nuevo conjunto de imposibilidades: nunca sabremos lo que sucedió antes del big bang (o por qué hizo «bang» en primer lugar), y nunca conseguiremos una «teoría del todo». El físico John Wheeler comentaba la primera cuestión «imposible» cuando escribió: «Hace doscientos años uno podía preguntar a cualquiera, “¿podremos entender algún día cómo nació la vida?” y él te hubiera dicho “¡Absurdo! ¡Imposible!”. Yo tengo la misma sensación con la pregunta, “¿Entenderemos alguna vez cómo nació el universo?”».3
El astrónomo John Barrow añade: «La velocidad a la que viaja la luz está limitada, y así lo está, por consiguiente, nuestro conocimiento de la estructura del universo. No podemos saber si es finito o infinito, si tuvo un comienzo o tendrá un fin, si la estructura de la física es la misma en todas partes o si el universo es en definitiva un lugar ordenado o desordenado. […] Todas las grandes cuestiones sobre la naturaleza del universo, desde su principio a su fin, resultan ser imposibles de responder».4 Barrow tiene razón al decir que nunca conoceremos, con absoluta certeza, la verdadera naturaleza del universo en todo su esplendor. Pero es posible recortar poco a poco estas eternas preguntas y acercarnos mucho a la respuesta. Más que representar las fronteras absolutas de nuestro conocimiento, es mejor ver estas «imposibilidades» como los desafíos que aguardan a la próxima generación de científicos. Estos límites son como hojaldres, hechos para romperse.
DETECTANDO LA ERA PRE-BIG BANG En el caso del big bang, se está construyendo una nueva generación de detectores que podrían zanjar algunas de estas eternas preguntas. Hoy nuestros detectores de radiación en el espacio exterior solo pueden medir la radiación de microondas emitida 300.000 años después del big bang, cuando se formaron los primeros átomos. Es imposible utilizar esta radiación de microondas para sondear un tiempo anterior a 300.000 años después del big bang porque la radiación de la bola de fuego original era demasiado caliente y aleatoria para dar información útil. Pero si analizamos otros tipos de radiación podemos llegar aún más cerca del big bang. Detectar neutrinos, por ejemplo, puede acercarnos más al instante del big bang (los neutrinos son tan escurridizos que pueden atravesar todo un sistema solar hecho de plomo sólido). La radiación de neutrinos puede llevarnos a tan solo algunos segundos después del big bang. Pero quizá el último secreto del big bang sea revelado al examinar «ondas de gravedad», ondas que se mueven a lo largo del tejido del espacio-tiempo. Como dice el físico Rocky Kolb de la Universidad de Chicago: «Midiendo las propiedades del fondo de neutrinos podemos mirar atrás hasta un segundo después del bang. Pero las ondas gravitatorias procedentes de la inflación son reliquias del universo 10–35 segundos después del bang».5 Las ondas de gravedad fueron predichas por primera vez por Einstein en 1916; con el tiempo pueden convertirse en la sonda más importante para la astronomía. Históricamente, cada vez que se ha dominado una nueva forma de radiación se ha abierto una nueva era en astronomía. La primera forma de radiación era la luz visible, utilizada por Galileo para investigar el sistema solar. La segunda forma de radiación fue las ondas de radio, que nos permitieron sondear los centros de las galaxias para encontrar agujeros negros. Los detectores de ondas de gravedad pueden desvelar los secretos mismos de la creación.
En cierto sentido, las ondas de gravedad tienen que existir. Para verlo, consideremos la vieja pregunta: ¿qué sucedería si el Sol desapareciera de repente? Según Newton, sentiríamos los efectos inmediatamente. La Tierra se desviaría instantáneamente de su órbita y se hundiría en la oscuridad. Esto se debe a que la ley de la gravedad de Newton no tiene en cuenta la velocidad, y por ello las fuerzas actúan instantáneamente a través del universo. Pero según Einstein, nada puede viajar más rápido que la luz, de modo que se necesitarían ocho minutos para que la información de la desaparición del Sol llegara a la Tierra. En otras palabras, una «onda de choque» esférica de gravedad saldría del Sol y al final incidiría en la Tierra. Fuera de esta esfera de ondas de gravedad parecería como si el Sol aún estuviera brillando normalmente, porque la información sobre la desaparición del Sol no habría llegado a la Tierra. Sin embargo, dentro de esta esfera de ondas de gravedad el Sol ya habría desaparecido, pues la onda de choque en expansión de ondas de gravedad viaja a la velocidad de la luz. Otra manera de ver por qué deben existir las ondas de gravedad es visualizar una gran sábana. Según Einstein, el espacio-tiempo es un tejido que puede distorsionarse o estirarse, como una sábana curvada. Si cogemos una sábana y la agitamos rápidamente, vemos que las ondas se propagan por la superficie de la sábana y viajan a una velocidad definida. De la misma forma, las ondas de gravedad pueden verse como ondas que viajan a lo largo del tejido del espacio-tiempo. Las ondas de gravedad están entre los temas más rápidamente cambiantes en la física actual. En 2003 empezaron a funcionar los primeros detectores de ondas de gravedad a gran escala, llamados LIGO (Observatorio de Ondas Gravitatorias por Interferometría Láser), que miden 4 kilómetros de longitud, uno situado en Hanford, Washington, y otro en Livingston Parish, Luisiana. Se espera que LIGO, con un coste de 365 millones de dólares, podrá detectar radiación procedente de estrellas de neutrones y agujeros negros en colisión. El próximo gran salto tendrá lugar en 2015, cuando se lance una nueva generación de satélites que analizarán la radiación gravitatoria en el espacio exterior procedente del instante de la creación. Los tres satélites que constituyen LISA (Antena Espacial por Interferometría Láser), un proyecto conjunto de la NASA y la Agencia Espacial Europea, serán puestos en órbita alrededor del Sol. Estos satélites serán capaces de detectar ondas gravitatorias emitidas menos de una billonésima de segundo después del big bang. Si sobre uno de los satélites incide una onda de gravedad procedente del big bang que aún circula por el universo, dicha onda perturbará los haces láser, y esta perturbación puede medirse de una manera precisa y darnos «fotografías de bebé» del mismo instante de la creación. LISA consiste en tres satélites que circulan alrededor del Sol dispuestos en triángulo, conectados por haces láser de 5 millones de kilómetros de longitud, lo que lo convierte en el mayor instrumento nunca creado en la ciencia. Este sistema de tres satélites orbitará en torno al Sol a unos 50 millones de kilómetros de la Tierra. Cada satélite emitirá un haz láser de solo medio vatio de potencia. Comparando los haces láser
procedentes de los otros dos satélites, cada satélite podrá construir una figura de interferencia luminosa. Si la onda de gravedad perturba los haces láser, cambiará la figura de interferencia, y el satélite podrá detectar esta perturbación. (La onda de gravedad no hace que los satélites vibren. En realidad crea una distorsión en el espacio entre los tres satélites.) Aunque los haces láser muy son muy débiles, su precisión será sorprendente. Podrán detectar vibraciones de hasta una parte en mil trillones, lo que corresponde a un cambio de 1/100 del tamaño de un átomo. Cada haz láser podrá detectar una onda de gravedad desde una distancia de 9.000 millones de años luz, que cubre la mayor parte del universo visible. LISA tiene sensibilidad para diferenciar potencialmente entre varios escenarios «pre-big bang». Uno de los temas más candentes hoy en física teórica es calcular las características del universo prebig bang. Actualmente, la inflación puede describir muy bien cómo evolucionó el universo una vez que se produjo el big bang. Pero la inflación no puede explicar por qué se produjo el big bang en primer lugar. El objetivo es utilizar estos modelos especulativos de la era prebig bang para calcular la radiación gravitatoria emitida por el big bang. Cada una de las diversas teorías pre-big bang hace predicciones diferentes. La radiación big bang predicha por la teoría del big splat, por ejemplo, difiere de la radiación predicha por algunas de las teorías de inflación, de modo que LISA podría descartar varias de estas teorías. Obviamente, estos modelos pre-big bang no pueden ser comprobados de manera directa, puesto que implican comprender el universo antes de la creación del tiempo mismo, pero podemos comprobarlo indirectamente ya que cada una de estas teorías predice un espectro diferente para la radiación que emerge inmediatamente después del big bang. El físico Kip Thorne escribe: «En algún momento entre 2008 y 2030 se descubrirán ondas gravitatorias procedentes de la singularidad del big bang. Seguirá una era que durará al menos hasta 2050. […] Estos trabajos revelarán detalles íntimos de la singularidad del big bang, y con ello verificarán que alguna versión de la teoría de cuerdas es la teoría cuántica de la gravedad correcta».6 Si LISA es incapaz de distinguir entre las diferentes teorías pre-big bang, su sucesor el BBO (Observador del Big Bang) podría hacerlo. Su lanzamiento está programado provisionalmente para 2025. El BBO podrá examinar todo el universo en busca de todos los sistemas binarios que incluyan estrellas de neutrones y agujeros negros con masas menores que mil veces la masa del Sol. Pero su objetivo principal es analizar ondas de gravedad emitidas durante la fase inflacionaria del big bang. En este sentido, el BBO está diseñado específicamente para sondear las predicciones de la teoría del big bang inflacionario. El BBO tiene un diseño algo parecido al de LISA. Consiste en tres satélites que se mueven juntos en una órbita alrededor del Sol, separados entre sí unos 50.000 kilómetros (estos satélites estarán más próximos uno de otro que los de LISA). Cada satélite podrá disparar un láser de 300 vatios de potencia. BBO podrá sondear ondas de gravedad con frecuencias entre las de LIGO y LISA, lo que llena una laguna importante. (LISA puede detectar ondas de gravedad de frecuencias entre 10 y 3.000
hercios, mientras que LIGO puede detectar ondas de gravedad de frecuencias entre 10 microhercios y 10 milihercios. BBO podrá detectar frecuencias que incluyen ambos intervalos.) «Para 2040 habremos utilizado dichas leyes [de gravedad cuántica] para dar respuestas con alto grado de confianza a muchas preguntas profundas e intrigantes» —escribe Thorne—, incluidas ¿qué hubo antes de la singularidad del big bang, o había siquiera un “antes”? ¿Hay otros universos? Y si los hay, ¿cómo están relacionados o conectados con nuestro propio universo? […] ¿Permiten las leyes de la física que civilizaciones muy avanzadas creen y mantengan agujeros de gusano para viajes interestelares, y creen máquinas del tiempo para viajar hacia atrás en el tiempo?»7 Lo importante es que en las próximas décadas debería haber datos suficientes procedentes de los detectores de ondas de gravedad en el espacio para distinguir entre las diferentes teorías pre-big bang.
EL FINAL DEL UNIVERSO El poeta T. S. Eliot preguntaba: «¿Morirá el universo con un estallido o con un susurro?». Robert Frost planteaba: «¿Pereceremos todos en fuego o en hielo?». La evidencia más reciente apunta a un universo que muere en un big freeze, en que las temperaturas llegarán casi al cero absoluto y toda la vida inteligente se extinguirá. Pero ¿podemos estar seguros? Algunos han planteado otra pregunta «imposible». ¿Cómo sabremos alguna vez el destino final del universo, preguntan, si este suceso está a billones y billones de años en el futuro? Los científicos creen que la energía oscura o energía del vacío parece estar separando las galaxias a un ritmo cada vez mayor, lo que indica que el universo parece estar desbocado. Tal expansión enfriaría la temperatura del universo y llevaría finalmente al big freeze. Pero ¿es esta expansión temporal? ¿Podría invertirse en el futuro? Por ejemplo, en el escenario big splat, en el que dos membranas colisionan y crean el universo, parece como si las membranas pudieran colisionar periódicamente. Si es así, entonces la expansión que podría llevar a un big freeze es solo un estado temporal que se invertirá. Lo que está impulsando la actual aceleración del universo es la energía oscura, que a su vez está causada probablemente por la «constante cosmológica». Por consiguiente, la clave está en entender esta misteriosa constante, o la energía del vacío. ¿Varía la constante con el tiempo, o es realmente constante? Actualmente nadie lo sabe con certeza. Sabemos por el satélite WMAP que esta constante cosmológica parece estar impulsando la aceleración actual del universo, pero desconocemos si es permanente o no. Este es en realidad un viejo problema, que se remonta a 1916, cuando Einstein introdujo por primera vez la constante cosmológica. Inmediatamente después de proponer la relatividad general el año anterior, desarrolló las implicaciones cosmológicas de su propia teoría. Para su sorpresa, encontró
que el universo era dinámico, que se expandía o se contraía. Pero esta idea parecía contradecir los datos. Einstein se estaba enfrentando a la paradoja de Bentley, que había desconcertado incluso a Newton. En 1692 el reverendo Richard Bentley escribió a Newton una carta inocente con una pregunta devastadora. Si la gravedad de Newton era siempre atractiva, preguntaba Bentley, entonces ¿por qué no colapsaba el universo? Si el universo consiste en un conjunto finito de estrellas que se atraen mutuamente, entonces las estrellas deberían juntarse y el universo debería colapsar en una bola de fuego. Newton quedó profundamente turbado por esta carta, puesto que señalaba un defecto clave de su teoría de la gravedad: cualquier teoría de la gravedad que sea atractiva es intrínsecamente inestable. Cualquier colección finita de estrellas colapsará inevitablemente bajo la acción de la gravedad. Newton respondió que la única manera de crear un universo estable era tener un conjunto uniforme e infinita de estrellas, en donde cada estrella fuera atraída desde todas las direcciones de modo que todas las fuerzas se cancelaran. Era una solución ingeniosa, pero Newton era lo bastante inteligente para darse cuenta de que tal estabilidad sería engañosa. Como un castillo de naipes, la más minúscula vibración haría que todo colapsara. Era «metastable»; es decir, era temporalmente estable hasta que la más ligera perturbación lo aplastaría. Newton concluyó que Dios era necesario para dar pequeños empujones a las estrellas de vez en cuando, de modo que el universo no colapsara. En otras palabras, Newton veía el universo como un gigantesco reloj, al que Dios había dado cuerda en el principio del tiempo y que obedecía las leyes de Newton. Desde entonces había marchado automáticamente, sin intervención divina. Sin embargo, según Newton, Dios era necesario para ajustar las estrellas de vez en cuando para que el universo no colapsara en una bola de fuego. Cuando Einstein tropezó con la paradoja de Bentley en 1916, sus ecuaciones le decían correctamente que el universo era dinámico —estaba expandiéndose o contrayéndose— y que un universo estático era inestable y colapsaría debido a la gravedad. Pero los astrónomos insistían en esa época en que el universo era estático e invariable. Por eso Einstein, cediendo a las observaciones de los astrónomos, añadió la constante cosmológica, una fuerza antigravitatoria que separaba las estrellas para equilibrar la atracción gravitatoria que hacía que el universo colapsara. (Esta fuerza antigravitatoria corresponde a la energía contenida en el vacío. En esta imagen, incluso la enorme vaciedad del espacio contiene grandes cantidades de energía invisible.) Esa constante tendría que estar escogida de forma muy precisa para cancelar la fuerza atractiva de la gravedad. Tiempo después, cuando Edwin Hubble demostró en 1929 que el universo se estaba expandiendo realmente, Einstein diría que la constante cosmológica fue su «mayor patinazo». Pero ahora, setenta años más tarde, parece como si el patinazo de Einstein, la constante cosmológica, pudiera ser la mayor fuente de energía del universo, pues constituye el 75 por ciento del contenido de materia-energía del universo. (Por el contrario, los elementos más pesados que forman nuestros cuerpos constituyen solo
el 0,03 por ciento del universo.) El patinazo de Einstein determinará probablemente el destino final del universo. Pero ¿de dónde procede esta constante cosmológica? Actualmente, nadie lo sabe. En el principio del tiempo, la fuerza antigravitatoria era quizá lo bastante grande para hacer que el universo se inflara, y creó el big bang. Luego desapareció repentinamente, por razones desconocidas. (El universo siguió expandiéndose durante ese período, pero a un ritmo más lento.) Y luego, unos 8.000 millones de años después del big bang, la fuerza antigravitatoria salió de nuevo a la superficie, para separar las galaxias y hacer que el universo se acelerara de nuevo. Entonces, ¿es imposible determinar el destino final del universo? Quizá no. La mayoría de los físicos creen que los efectos cuánticos determinan en última instancia el tamaño de la constante cosmológica. Un cálculo sencillo, utilizando una versión primitiva de la teoría cuántica, muestra que la constante cosmológica está sobrestimada en un factor 10120. Este es el mayor desajuste en la historia de la ciencia. Pero también hay consenso entre los físicos en que esta anomalía significa sencillamente que necesitamos una teoría de la gravedad cuántica. Puesto que la constante cosmológica aparece a través de correcciones cuánticas, es necesario tener una teoría del todo, una teoría que nos permitirá no solo completar el modelo estándar, sino también calcular el valor de la constante cosmológica, que determinará el destino final del universo. Por eso, una teoría del todo es necesaria para determinar el destino final del universo. La ironía es que algunos físicos creen que es imposible alcanzar una teoría del todo.
¿UNA TEORÍA DEL TODO? Como ya he mencionado, la teoría de cuerdas es el principal candidato para una teoría del todo, pero hay opiniones contrapuestas acerca de si la teoría de cuerdas hace honor a esta afirmación. Por una parte, personas como el profesor Max Tegmark del MIT escriben: «Creo que en 2056 se podrán comprar camisetas en las que estén impresas ecuaciones que describan las leyes físicas unificadas de nuestro universo».8 Por otra parte, está surgiendo un grupo de críticos decididos que afirman que la moda de las cuerdas aún tiene que justificarse. Por muy numerosos que sean los artículos o documentales de televisión impactantes que se hacen sobre la teoría de cuerdas, esta aún tiene que producir un solo hecho que pueda ponerse a prueba, dicen algunos. Es una teoría de nada, antes que una teoría del todo, afirman los críticos. El debate se calentó considerablemente en 2002 cuando Stephen Hawking cambió de bando, citando el teorema de incompletitud, y dijo que una teoría del todo podría ser incluso matemáticamente imposible. No es sorprendente que el debate haya enfrentado a físicos con físicos, pues el objetivo es
imponente, aunque escurridizo. La búsqueda por unificar todas las leyes de la naturaleza ha tentado a físicos y filósofos por igual durante milenios. El propio Sócrates dijo en cierta ocasión: «Me parecía algo superlativo saber la explicación de todas las cosas: por qué nacen, por qué mueren, por qué son». La primera propuesta seria para una teoría del todo data de aproximadamente el 500 a.C., fecha en que se atribuye a los pitagóricos griegos el haber descifrado las leyes matemáticas de la música. Entonces especularon que toda la naturaleza podía explicarse por las armonías de las cuerdas de una lira. (En cierto sentido, la teoría de cuerdas recupera el sueño de los pitagóricos.) En tiempos modernos, casi todos los gigantes de la física del siglo XX probaron suerte con una teoría del campo unificado. Pero como advierte Freeman Dyson: «El suelo de la física está lleno de cadáveres de teorías unificadas». En 1928 The New York Times publicó el sensacional titular «Einstein en el umbral de un gran descubrimiento; la intrusión se resiente». La noticia desencadenó un frenesí en los medios de comunicación acerca de una teoría del todo que alcanzó un tono febril. Los titulares decían: «Einstein sorprendido por el revuelo sobre la teoría. Mantiene a cien periodistas en vilo durante una semana». Montones de periodistas se congregaron alrededor de su casa en Berlín, en una vigilia continua, esperando captar un atisbo del genio y conseguir un titular. Einstein se vio obligado a entrar a escondidas. El astrónomo Arthur Eddington escribió a Einstein: «Quizá le divierta oír que uno de nuestros grandes almacenes en Londres (Selfridges) ha desplegado su artículo en sus escaparates (las seis páginas pegadas una al lado de otra) para que los transeúntes puedan leerlo. Grandes multitudes se juntan para leerlo». (En 1923 Eddington propuso su propia teoría del campo unificado, en la cual trabajó incansablemente durante el resto de su vida, hasta su muerte en 1944.) En 1946 Erwin Schrödinger, uno de los fundadores de la mecánica cuántica, convocó una conferencia de prensa para proponer su teoría del campo unificado. Incluso el primer ministro de Irlanda, Eamon de Valera, asistió a la misma. Cuando un periodista le preguntó qué haría si su teoría fuera errónea, Schrödinger respondió: «Creo que estoy en lo cierto. Quedaré como un terrible estúpido si estoy equivocado». (Schrödinger quedó humillado cuando Einstein señaló diplomáticamente los errores en su teoría.) El más severo de todos los críticos de la unificación fue el físico Wolfgang Pauli. Reprobaba a Einstein diciendo que «Lo que Dios ha separado, que no lo una el hombre». Se burlaba despiadadamente de toda teoría a medio hacer con el sarcasmo «Ni siquiera es falsa». Por eso resulta irónico que el propio Pauli, el cínico supremo, cayera en ello. En los años cincuenta propuso su propia teoría del campo unificado con Werner Heisenberg. En 1958 Pauli presentó la teoría unificada de Heisenberg-Pauli en la Universidad de Columbia. Niels Bohr estaba entre el público y no quedó impresionado. Bohr se levantó y dijo: «Aquí estamos convencidos de que su teoría es descabellada. Pero en lo que no estamos de acuerdo es en si es
suficientemente descabellada». La crítica era demoledora. Puesto que todas las teorías obvias habían sido consideradas y rechazadas, la verdadera teoría del campo unificado debía apartarse abiertamente del pasado. La teoría de Heisenberg-Pauli era demasiado convencional, demasiado ordinaria, demasiado cuerda para ser la teoría verdadera. (Ese año Pauli se molestó cuando Heisenberg comentó en una emisión radiofónica que solo quedaban unos pocos detalles técnicos en su teoría. Pauli envió a sus amigos una carta con un rectángulo en blanco, con el pie: «Esto es para mostrar al mundo que puedo pintar como Tiziano. Solo faltan detalles técnicos.)
CRÍTICAS A LA TEORÍA DE CUERDAS Hoy, el principal (y único) candidato para una teoría del todo es la teoría de cuerdas. Pero, una vez más, ha surgido un rechazo. Los adversarios señalan que para conseguir un puesto permanente en una universidad importante hay que trabajar en teoría de cuerdas. Si no, uno se queda sin empleo. Es la moda del momento, y eso no es bueno para la física.9 Yo sonrío cuando oigo esta crítica, porque la física, como todas las empresas humanas, está sujeta a modas y manías. La suerte de las grandes teorías, especialmente las que trabajan en la frontera del conocimiento humano, puede subir y bajar como las faldas. De hecho, hace años cambiaron las tornas; la teoría de cuerdas era históricamente una paria, una teoría renegada, la víctima de la moda. La teoría de cuerdas nació en 1968, cuando dos jóvenes posdoctorados, Gabriel Veneziano y Mahiko Suzuki, tropezaron con una fórmula que parecía describir la colisión de partículas subatómicas. Enseguida se descubrió que esta maravillosa fórmula podía derivarse de la colisión de cuerdas vibrantes. Pero en 1974 la teoría estaba muerta. Una nueva teoría, la cromodinámica cuántica (QCD), o la teoría de los quarks y las interacciones fuertes, era una apisonadora que aplastaba a las demás teorías. Los físicos abandonaron en masa la teoría de cuerdas para ponerse a trabajar en QCD. Todos los fondos, empleos y reconocimientos iban a los físicos que trabajaban en el modelo de quarks. Recuerdo bien esos años oscuros. Solo los locos o los tozudos siguieron trabajando en teoría de cuerdas. Y cuando se supo que estas cuerdas solo podían vibrar en diez dimensiones, la teoría se convirtió en objeto de chanzas. El pionero de las cuerdas John Schwarz, del Caltech, coincidía a veces con Richard Feynman en el ascensor. Siempre bromista, Feynman preguntaba: «Bueno, John, ¿en cuántas dimensiones estás hoy?». Solíamos bromear diciendo que el único lugar para encontrar a un teórico de cuerdas era en la cola del paro. (El premio Nobel Murray Gell-Mann, fundador del modelo de quarks, me confesó una vez que se apiadó de los teóricos de cuerdas y creó en el Caltech «una reserva natural para teóricos de cuerdas en peligro de extinción» para que la gente como John no perdiera sus empleos.) En vista de que hoy muchos jóvenes físicos se lanzan a trabajar en teoría de cuerdas, Steven
Weinberg ha escrito: «La teoría de cuerdas proporciona nuestra única fuente actual de candidatos para una teoría final, ¿cómo podría alguien esperar que muchos de los más brillantes teóricos jóvenes no trabajaran en ella?».
¿ES IMPOSIBLE PONER A PRUEBA LA TEORÍA DE CUERDAS? Una crítica importante hoy a la teoría de cuerdas es que no se puede poner a prueba. Se necesitaría un colisionador de átomos del tamaño de la galaxia para poner a prueba esta teoría, dicen los críticos. Pero esta crítica olvida el hecho de que la mayor parte de la ciencia se hace indirectamente, no directamente. Nadie ha visitado aún el Sol para hacer una prueba directa, pero sabemos que está hecho de hidrógeno porque podemos analizar sus líneas espectrales. O tomemos los agujeros negros. La teoría de los agujeros negros se remonta a 1783, cuando John Michell publicó un artículo en las Philosophical Transaction of the Royal Society. Él afirmaba que una estrella podía ser tan masiva que «toda la luz emitida desde un cuerpo semejante estaría obligada a volver a él por su propia gravedad». La teoría de la «estrella oscura» de Michell languideció durante siglos porque era imposible una prueba directa. Incluso Einstein escribió un artículo en 1939 que demostraba que una estrella semejante no podía formarse por medios naturales. La crítica era que estas estrellas oscuras eran intrínsecamente incomprobables porque eran, por definición, invisibles. Pero hoy el telescopio espacial Hubble nos ha dado bellas pruebas de agujeros negros. Ahora creemos que millones de ellos pueden esconderse en los corazones de las galaxias; montones de agujeros negros errabundos podrían existir en nuestra propia galaxia. Pero el punto importante es que toda prueba a favor de los agujeros negros es indirecta; es decir, hemos reunido información sobre los agujeros negros analizando el disco de acreción que gira como un torbellino a su alrededor. Además, muchas teorías «incomprobables» se hacen con el tiempo comprobables. Se necesitaron dos mil años para demostrar la existencia de los átomos después de que fueran propuestos inicialmente por Demócrito. Físicos del siglo XIX como Ludwig Boltzmann fueron acosados hasta la muerte por creer esa teoría, pero hoy tenemos bellas fotografías de átomos. El propio Pauli introdujo el concepto de neutrino en 1930, una partícula tan escurridiza que puede atravesar un bloque de plomo del tamaño de todo un sistema estelar sin ser absorbida. Pauli dijo: «He cometido un pecado capital; he introducido una partícula que nunca podrá observarse». Era «imposible» detectar el neutrino, y durante varias décadas se consideró poco más que ciencia ficción. Pero hoy podemos producir haces de neutrinos. Hay, de hecho, varios experimentos con los que los físicos esperan obtener los primeros tests indirectos de la teoría de cuerdas: • El gran colisionador de hadrones (LHC) podría ser suficientemente potente para producir
«spartículas», o superpartículas, que son las vibraciones más altas predichas por la teoría de cuerdas (así como por otras teorías supersimétricas). • Como ya he mencionado, en 2015 el LISA será lanzado al espacio. LISA y su sucesor, el BBO, pueden ser suficientemente sensibles para poner a prueba varias teorías «pre-big bang», incluidas versiones de la teoría de cuerdas. • Varios laboratorios están investigando la presencia de dimensiones más altas buscando desviaciones de la famosa ley de Newton de la inversa del cuadrado en la escala milimétrica. (Si hay una cuarta dimensión espacial, entonces la gravedad debería decrecer con la inversa del cubo, no con la inversa del cuadrado). La versión más reciente de la teoría de cuerdas (la teoría M) predice que hay once dimensiones. • Muchos laboratorios están tratando de detectar materia oscura, puesto que la Tierra se está moviendo en un viento cósmico de materia oscura. La teoría de cuerdas hace predicciones concretas y comprobables sobre las propiedades físicas de la materia oscura porque la materia oscura es probablemente una vibración superior de la cuerda (por ejemplo, el fotino). • Se espera que una serie de experimentos adicionales (por ejemplo, sobre polarización de neutrinos en el polo sur) detectarán la presencia de miniagujeros negros y otros objetos extraños a partir del análisis de anomalías en los rayos cósmicos, cuyas energías pueden superar fácilmente las del LHC. Los experimentos con rayos cósmicos y en el LHC abrirán una nueva y excitante frontera más allá del modelo estándar. • Y hay algunos físicos que mantienen la posibilidad de que el big bang fue tan explosivo que quizá una minúscula supercuerda fuera ampliada a proporciones astronómicas. Como escribe el físico Alexander Vilenkin de la Universidad de Tufts: «Una posibilidad muy excitante es que las supercuerdas […] puedan tener dimensiones astronómicas. […] Entonces podríamos observarlas en el cielo y poner a prueba directamente la teoría de supercuerdas».10 (La probabilidad de encontrar una enorme supercuerda, reliquia de una cuerda que fuera ampliada en el big bang, es muy pequeña.)
¿ESTÁ LA FÍSICA INCOMPLETA? En 1980 Stephen Hawking avivó el interés en una teoría del todo con una conferencia titulada «¿Está a la vista el final de la física teórica?», en la que afirmaba: «Es posible que algunos de los aquí presentes lleguen a ver una teoría completa». Afirmaba que había una probabilidad del 50 por ciento de encontrar una teoría final en los próximos veinte años. Pero cuando llegó el año 2000 y no había consenso sobre la teoría del todo, Hawking cambió de opinión y dijo que había una probabilidad del 50 por ciento de encontrarla en otros veinte años. Luego, en 2002, Hawking cambió de opinión una vez más y declaró que quizá el teorema de
incompletitud de Gödel sugería un defecto fatal en su línea de pensamiento. Escribió: «Algunas personas quedarán muy decepcionadas si no hay una teoría final que pueda formularse como un número finito de principios. Yo pertenecía a ese grupo, pero he cambiado de opinión. […] El teorema de Gödel aseguró que siempre habría trabajo para un matemático. Pienso que la teoría M hace lo mismo para los físicos». Su argumento es viejo: puesto que las matemáticas son incompletas y el lenguaje de la física es las matemáticas, siempre habrá enunciados físicos verdaderos que estarán más allá de nuestro alcance, y por ello no es posible una teoría del todo. Puesto que el teorema de incompletitud acabó con el sueño griego de demostrar todos los enunciados verdaderos en matemáticas, también pondrá a una teoría del todo más allá de nuestro alcance para siempre. Freeman Dyson lo dijo de forma elocuente cuando escribió: «Gödel demostró que el mundo de las matemáticas puras es inagotable; ningún conjunto finito de axiomas y reglas de inferencia puede abarcar la totalidad de las matemáticas. […] Yo espero que una situación análoga exista en el mundo físico. Si mi visión del futuro es correcta, ello significa que el mundo de la física y de la astronomía es también inagotable; por mucho que avancemos hacia el futuro, siempre sucederán cosas nuevas, habrá nueva información, nuevos mundos que explorar, un dominio en constante expansión de vida, consciencia y memoria». El astrofísico John Barrow resume el argumento de esta manera: «La ciencia se basa en las matemáticas; las matemáticas no pueden descubrir todas las verdades; por lo tanto, la ciencia no puede descubrir todas las verdades».11 Tal argumento puede ser cierto o no, pero hay defectos potenciales. La mayor parte de los matemáticos profesionales ignoran el teorema de incompletitud en su trabajo. La razón es que el teorema de incompletitud empieza por analizar enunciados que se refieren a sí mismos; es decir, son autorreferenciales. Por ejemplo, enunciados como el siguiente son paradójicos: Esta sentencia es falsa. Yo soy un mentiroso. Este enunciado no puede demostrarse. En el primer caso, si la sentencia es verdadera, significa que es falsa. Si la sentencia es falsa, entonces el enunciado es verdadero. Análogamente, si estoy diciendo la verdad, entonces estoy diciendo una mentira; si estoy diciendo una mentira, entonces estoy diciendo la verdad. En el segundo caso, si la sentencia es verdadera, entonces no puede demostrarse que es verdadera. (El segundo enunciado es la famosa paradoja del mentiroso. El filósofo cretense Epiménides solía ilustrar esta paradoja diciendo: «Todos los cretenses son mentirosos». Sin embargo, san Pablo no vio esto y escribió, en su epístola a Tito: «Uno de los propios profetas de Creta lo ha dicho, “Todos los
cretenses son mentirosos, brutos malvados, glotones perezosos”. Seguramente ha dicho la verdad».) El teorema de incompletitud se basa en enunciados como: «Esta sentencia no puede demostrarse utilizando los axiomas de la aritmética» y crea una malla sofisticada de paradojas autorreferenciales. Hawking, sin embargo, utiliza el teorema de incompletitud para demostrar que no puede existir una teoría del todo. Afirma que la clave para el teorema de incompletitud de Gödel es que las matemáticas son autorreferenciales, y la física adolece también de esta enfermedad. Puesto que el observador no puede separarse del proceso de observación, eso significa que la física siempre se referirá a sí misma, puesto que no podemos salir del universo. En último análisis, el observador está hecho de átomos y moléculas, y por ello debe ser parte integral del experimento que está realizando. Pero hay una manera de evitar la crítica de Hawking. Para evitar la paradoja inherente en el teorema de Gödel, hoy los matemáticos profesionales simplemente afirman que su trabajo excluye todo enunciado autorreferencial. En gran medida, el explosivo desarrollo de las matemáticas desde el tiempo de Gödel se ha logrado ignorando el teorema de incompletitud, es decir, postulando que el trabajo reciente no hace enunciados autorreferenciales. Del mismo modo, quizá sea posible construir una teoría del todo que permita explicar cada experimento conocido independientemente de la dicotomía observador/observado. Si una teoría del todo semejante puede explicar todo, desde el origen del big bang al universo visible que vemos a nuestro alrededor, entonces la forma de describir la interacción entre el observador y lo observado se convierte en una cuestión puramente académica. De hecho, un criterio para una teoría del todo debería ser que sus conclusiones sean totalmente independientes de cómo hagamos la separación entre el observador y lo observado. Además, la naturaleza puede ser inagotable e ilimitada, incluso si está basada en unos pocos principios. Consideremos un juego de ajedrez. Pidamos a un alienígena de otro planeta que descubra las reglas del ajedrez con solo observar el juego. Al cabo de un rato el alienígena puede descubrir cómo se mueven los peones, los alfiles y los reyes. Las reglas del juego son finitas y simples, pero el número de juegos posibles es realmente astronómico. De la misma forma, las reglas de la naturaleza pueden ser finitas y simples, pero las aplicaciones de dichas reglas pueden ser inagotables. Nuestro objetivo es encontrar las reglas de la física. En cierto sentido, ya tenemos una teoría completa de muchos fenómenos. Nadie ha visto nunca un defecto en las ecuaciones de Maxwell para la luz. Al modelo estándar se le llama a veces una «teoría de casi todo». Supongamos por un momento que podamos desconectar la gravedad. Entonces el modelo estándar se convierte en una teoría perfectamente válida de todos los fenómenos si exceptuamos la gravedad. La teoría puede ser fea, pero funciona. Incluso en presencia del teorema de incompletitud, tenemos una teoría del todo (excepto la gravedad) perfectamente razonable. Para mí es notable que en una simple hoja de papel se puedan escribir las leyes que gobiernan todos los fenómenos físicos conocidos, que cubren cuarenta y tres órdenes de magnitud, desde los más
lejanos confines del cosmos a más de 10.000 millones de años luz hasta el micromundo de quarks y neutrinos. En esa hoja de papel habría solo dos ecuaciones, la teoría de la gravedad de Einstein y el modelo estándar. Para mí esto muestra la definitiva simplicidad y armonía de la naturaleza en el nivel fundamental. El universo podría haber sido perverso, aleatorio o caprichoso. Y pese a todo se nos aparece completo, coherente y bello. El premio Nobel Steven Weinberg compara nuestra búsqueda de una teoría del todo con la búsqueda del Polo Norte. Durante siglos los antiguos marineros trabajaban con mapas en los que faltaba el Polo Norte. Las agujas de todas las brújulas apuntaban a esa pieza que faltaba en el mapa, pero nadie la había visitado realmente. De la misma forma, todos nuestros datos y teorías apuntan a una teoría del todo. Es la pieza ausente de nuestras ecuaciones. Siempre habrá cosas que estén más allá de nuestro alcance, que sean imposibles de explorar (tales como la posición exacta de un electrón, o el mundo que existe más allá del alcance de la velocidad de la luz). Pero las leyes fundamentales, creo yo, son cognoscibles y finitas. Y los próximos años en física podrían ser los más excitantes de todos, cuando exploremos el universo con una nueva generación de aceleradores de partículas, detectores de ondas de gravedad con base en el espacio, y otras tecnologías. No estamos en el final, sino en el principio de una nueva física. Pero encontremos lo que encontremos, siempre habrá nuevos horizontes esperándonos.
Notas Prefacio 1. La razón de que esto sea cierto se debe a la teoría cuántica. Cuando sumamos todas las posibles correcciones cuánticas a una teoría (un proceso tedioso llamado «renormalización») encontramos que fenómenos que previamente estaban prohibidos, en el nivel clásico, reentran en el cálculo. Esto significa que a menos que algo esté explícitamente prohibido (por una ley de conservación, por ejemplo) reentra en la teoría cuando se suman correcciones cuánticas.
2. Invisibilidad 1. Platón escribió: «Ningún hombre pondría las manos en lo que no es suyo si pudiera tomar lo que le gustara en el mercado, o entrar en las casas y yacer con cualquiera a su placer, o matar o liberar de prisión a quien quisiera, y en todos los respectos sería como un dios entre los hombres. […] Si uno pudiera imaginar a alguien que obtuviera este poder de hacerse invisible, y nunca hiciera nada equivocado o tocara lo que era de otro, sería considerado por los demás como el mayor idiota…». 2. Nathan Myhrvold, New Scientist Magazine, 18 de noviembre de 2006, p. 69. 3. Josie Glausiusz, Discover Magazine, noviembre de 2006. 4. «Metamateriales que funcionan para luz visible», Eurekalert, www.eurekalert. org/pub_releases/2007-01, 2007. También en New Scientist Magazine, 18 de diciembre de 2006.
3. Fáseres y estrellas de la muerte 1. Los nazis también enviaron a un equipo a la India para investigar algunas antiguas afirmaciones mitológicas de los hindúes (similares a la línea argumental de En busca del arca perdida ). Los nazis estaban interesados en los escritos del Mahabharata, que describían armas extrañas y poderosas, incluida una cápsula voladora. 2 . Películas como esta han difundido también varias ideas equívocas sobre los láseres. Los haces láser son en realidad invisibles, a menos que sean dispersados por partículas en el aire. Así, cuando Tom Cruise tenía que atravesar un laberinto de haces láser en Misión imposible, la red de haces láser debería haber sido invisible, no roja. También en muchas batallas con pistolas de rayos en las películas podemos ver realmente los pulsos láser a través de una habitación, lo que es imposible, puesto que la luz láser viaja a la velocidad de la luz, 300.000 kilómetros por segundo.
3. Asimov y Schulman, p. 124.
4. Teletransporte 1. El mejor ejemplo registrado de teletransporte está fechado el 24 de octubre de 1593, cuando Gil Pérez, un guardia de palacio en el ejército de las Filipinas que guardaba al gobernador en Manila, apareció repentinamente en la Plaza Mayor de Ciudad de México. Sorprendido y confuso, fue detenido por las autoridades mexicanas, que pensaban que estaba de acuerdo con Satán. Cuando fue llevado ante el Muy Santo Tribunal de la Inquisición, todo lo que pudo decir en su defensa era que había desaparecido de Manila, y aparecido en México, «en menos que canta un gallo». (La exposición histórica de este incidente resulta inverosímil; el historiador Mike Dash ha señalado que los primeros registros de la desaparición de Pérez datan de un siglo después de ese hecho, y por ello no merecen mucha confianza.) 2 . El trabajo inicial de Doyle se distinguía por el pensamiento metódico y lógico típico en la profesión médica, como se muestra en las soberbias deducciones de Sherlock Holmes. Entonces, ¿por qué Doyle decidió separarse abiertamente de la lógica fría y racional de mister Holmes para acercarse a las aventuras del profesor Challenger, quien hurgaba en los mundos prohibidos del misticismo, lo oculto y los márgenes de la ciencia? El autor quedó profundamente afectado por las muertes súbitas e inesperadas de varios parientes próximos durante la Primera Guerra Mundial, entre ellos su amado hijo Kingsley, su hermano, dos cuñados y dos sobrinos. Estas pérdidas dejarían una cicatriz emocional profunda y duradera. Deprimido por sus trágicas muertes, Doyle se embarcó en una duradera fascinación por el mundo de lo oculto, creyendo quizá que podría comunicarse con los muertos a través del espiritismo. Abruptamente, cambió del mundo de la ciencia racional y forense al misticismo, y llegó a dar famosas conferencias por todo el mundo sobre fenómenos psíquicos inexplicados. 3 . Más exactamente, el principio de incertidumbre de Heisenberg dice que la incertidumbre en la posición de una partícula, multiplicada por la incertidumbre en su momento, debe ser mayor o igual que la constante de Planck dividida por 2π, o el producto de la incertidumbre en la energía de una partícula por la incertidumbre en su tiempo debe ser también mayor o igual que la constante de Planck dividida por 2π. Si hacemos la constante de Planck igual a cero, entonces esto se reduce a la teoría newtoniana ordinaria, en la que todas las incertidumbres son cero. El hecho de que no se pueda conocer la posición, el momento, la energía o el tiempo de un electrón impulsó a Tryggvi Emilsson a decir que «los historiadores han concluido que Heisenberg debía de estar contemplando al amor de su vida cuando descubrió el principio de incertidumbre: Cuando él tenía el tiempo, no tenía la energía, y cuando el momento era correcto, no pudo descubrir la
posición».) John Barrow, Between Inner Space and Outer Space, p. 187. 4. Kaku, Einstein’s Cosmos, p. 127. 5. Asimov y Schulman, p. 211. 6 . Supongamos por el momento que objetos macroscópicos, incluidas personas, pueden ser teletransportados. Esto plantea cuestiones sutiles filosóficas y teológicas sobre la existencia de un «alma» si el cuerpo de una persona es teletransportado. Si usted fuera teletransportado a un nuevo lugar, ¿se movería también su alma con usted? Algunas de estas cuestiones éticas se exploraban en la novela de James Patrick Kelly Pensar como un dinosaurio. En esta historia una mujer es teletransportada a otro planeta, pero hay un problema con la transmisión. En lugar de ser destruido el cuerpo original, este permanece inmutable, con todas sus emociones intactas. De repente, hay dos copias de ella. Por supuesto, cuando se le dice a la copia que entre en la máquina de teletransporte para ser desintegrada, ella se niega. Esto crea una crisis, porque los fríos alienígenas, que proporcionaron inicialmente la tecnología, ven esto como una cuestión puramente práctica para «equilibrar la ecuación», mientras que los humanos emotivos son más afines a la causa de ella. En la mayoría de los relatos el teletransporte se ve como una bendición. Pero en «La expedición», de Stephen King, el autor explora las implicaciones de lo que sucede si hay efectos marginales peligrosos en el teletransporte. En el futuro, el teletransporte es un lugar común y se llama ingenuamente «La expedición». Inmediatamente antes de ser teletransportado a Marte, un padre explica a sus hijos la curiosa historia que hay detrás de la excursión, que fue descubierta inicialmente por un científico que la utilizaba para teletransportar ratones, pero los únicos ratones que sobrevivían al teletransporte eran los que habían sido anestesiados. Los ratones que se despertaban mientras estaban siendo teletransportados morían de manera horrible. Por eso, los humanos son dormidos rutinariamente antes de ser teletransportados. El único hombre que fue teletransportado mientras estaba despierto fue un criminal convicto al que se le prometió un perdón total si se sometía a este experimento. Pero después de ser teletransportado sufrió un ataque al corazón, y sus últimas palabras fueron: «La eternidad está aquí». Por desgracia, el hijo, al oír esta historia fascinante, decide contener la respiración para no quedar anestesiado. Los resultados son trágicos. Tras ser teletransportado se vuelve loco de repente. Su pelo se vuelve blanco, sus ojos, amarillos, y él trata de arrancárselos. Entonces se revela el secreto. La materia física se teletransporta instantáneamente, pero para la mente el viaje dura una eternidad, el tiempo parece inacabable y la persona se vuelve completamente loca. 7. Curt Suplee, «Top 100 Science Stories of 2006», Discover Magazine, diciembre de 2006, p. 35. 8. Zeeya Merali, New Scientist Magazine, 13 de junio de 2007. 9. David Deutsch, New Scientist Magazine, 18 de noviembre de 2006, p. 69.
5. Telepatía 1 . En las fiestas uno puede ejecutar también sorprendentes hazañas de telepatía. Pida a todos los presentes en una fiesta que escriban un nombre en un trozo de papel y coloquen los trozos en un sombrero. Luego usted saca uno a uno los trozos de papel cerrados y, antes de abrir cada uno, lea en voz alta el nombre escrito en él. La audiencia quedará sorprendida. La telepatía se ha mostrado ante sus ojos. De hecho, algunos magos han adquirido fama y fortuna principalmente debido a este truco. (El secreto para esta sorprendente hazaña de lectura de la mente es el siguiente: saque el primer trozo de papel y léalo para usted mismo, pero diga que tiene dificultades para leerlo porque el «éter psíquico» está nublado. Saque un segundo trozo de papel, pero no lo abra todavía. Ahora diga el nombre que ha leído en el primer trozo de papel. La persona que escribió ese primer nombre quedará sorprendida, pensando que usted ha leído el segundo trozo de papel aún cerrado. Abra ahora el segundo trozo de papel y léalo en silencio para usted mismo. Saque el tercer trozo cerrado de papel y diga en voz alta el nombre que leyó en el segundo trozo de papel. Repita este proceso. Cada vez que usted dice en voz alta el nombre escrito en un trozo de papel está leyendo el contenido del trozo de papel anterior.) 2 . El estado mental de una persona puede determinarse aproximadamente trazando la trayectoria precisa que sigue un ojo cuando examina una fotografía. Lanzando un fino haz luminoso al globo ocular, puede proyectarse una imagen reflejada del haz en la pared. Siguiendo la trayectoria de este haz luminoso sobre la pared se puede reconstruir con exactitud el recorrido del ojo cuando examina una imagen. (Por ejemplo, cuando examina el rostro de una persona en una fotografía, el ojo del observador se mueve rápidamente de un lado a otro entre los ojos de la persona de la fotografía, luego se dirige a la boca, y de nuevo a los ojos, antes de explorar la imagen entera.) Cuando una persona examina una imagen, se puede calcular el tamaño de sus pupilas y con ello si tiene pensamientos agradables o desagradables cuando examina partes concretas de la imagen. De este modo, se puede leer el estado emocional de una persona. (Un asesino, por ejemplo, experimentaría intensas emociones al mirar una imagen de la escena de un crimen y al explorar la posición precisa del cuerpo. Solo el asesino y la policía conocerían la posición.) 3 . Entre los miembros de la Sociedad para las Investigaciones Psíquicas figuraban lord Rayleigh (premio Nobel), sir William Crookes (inventor del tubo de Crookes utilizado en electrónica), Charles Richet (premio Nobel), el psicólogo norteamericano William James y el primer ministro Arthur Balfour. Entre sus patrocinadores se incluían luminarias tales como Mark Twain, Arthur Conan Doyle, lord Alfred Tennyson, Lewis Carroll y Carl Jung. 4 . Rhine planeaba originalmente hacerse pastor protestante, pero luego se pasó a la botánica mientras asistía a la Universidad de Chicago. Después de asistir a una charla en 1922 dada por sir Arthur Conan Doyle, que estaba impartiendo conferencias por todo el país sobre comunicación con los
muertos, Rhine quedó fascinado con los fenómenos psíquicos. Más tarde leyó el libro The Survival of Man, de sir Oliver Lodge, sobre presuntas comunicaciones con los desaparecidos durante sesiones de espiritismo, lo que reforzó el interés de Rhine. Sin embargo, él estaba insatisfecho con el estado del espiritismo de su época; su reputación estaba a menudo manchada con sucias historias de fraudes y trucos. De hecho, las propias investigaciones de Rhine desenmascararon a cierta espiritista, Margery Crandon, como fraude; sin embargo, tal investigación le valió el desprecio de muchos espiritistas, incluido Conan Doyle. 5. Randi, p. 51. 6. Randi, p. 143. 7. San Francisco Chronicle, 26 de noviembre de 2001. 8. Finalmente están también las cuestiones legales y morales que se plantearían si formas limitadas de telepatía llegaran a ser un lugar común en el futuro. En muchos estados es ilegal grabar una conversación telefónica de una persona sin su permiso, de modo que en el futuro también podría ser ilegal registrar las pautas mentales de una persona sin su permiso. También los defensores de las libertades civiles podrían poner objeciones a leer las pautas mentales de una persona sin su permiso en cualquier contexto. Dada la naturaleza resbaladiza de los pensamientos de una persona, quizá nunca sea legal presentar pautas mentales en un tribunal. En Minority Report, protagonizada por Tom Cruise, se planteaba la cuestión ética de si se puede detener a alguien por un crimen que todavía no ha cometido. En el futuro podría plantearse la cuestión de si la intención de una persona de cometer un crimen, puesta de manifiesto por pautas mentales, constituye una evidencia incriminatoria contra dicha persona. Si una persona amenaza verbalmente, ¿contaría eso tanto como si amenazara mentalmente? Estará también la cuestión de los gobiernos y agencias de seguridad que no respetan las leyes y someten a las personas a exploraciones cerebrales sin su voluntad. ¿Constituiría esto un comportamiento legal apropiado? ¿Sería legal leer la mente de un terrorista para descubrir sus planes? ¿Sería legal implantar falsos recuerdos para engañar a los individuos? En Desafío total, protagonizada por Arnold Schwarzenegger, se plantea continuamente la cuestión de si los recuerdos de una persona eran reales, o implantados, lo que afecta a la naturaleza misma de quiénes somos. Probablemente estas cuestiones seguirán siendo solo hipotéticas durante las próximas décadas, pero a medida que avance la tecnología, planteará inevitablemente cuestiones morales, legales y sociales. Por fortuna, tenemos mucho tiempo para discutirlas. 9. Douglas Fox, New Scientist Magazine, 4 de mayo de 2006. 10. Philip Ross, Scientific American, septiembre de 2003. 11. Science Daily, www.sciencedaily.com, 9 de abril de 2005. 12. Cavelos, p. 184.
6. Psicoquinesia 1 . El Sorprendente Randi, disgustado porque los magos profesionales, hábiles para engañar a personas crédulas, pretendieran poseer poderes psíquicos, y defraudar así a un público inocente, empezó a denunciar fraudes. En particular, le gustaba repetir todas las hazañas realizadas por los psíquicos. El Sorprendente Randi sigue la tradición del Gran Houdini, un mago que también inició una segunda carrera denunciando a los falsificadores y charlatanes que utilizaban sus habilidades mágicas para defraudar a otros para su propio provecho. En particular, Randi presume de que puede engañar incluso a científicos con sus trucos: «Puedo entrar en un laboratorio y engañar a cualquier grupo de científicos», dice. Cavelos, p. 220. 2. Cavelos, p. 240. 3. Cavelos, p. 240. 4. Philip Ross, Scientific American, septiembre de 2003. 5. Miguel Nicolelis y John Chapin, Scientific American, octubre de 2002. 6. Kyla Dunn, Discover Magazine, diciembre de 2006, p. 39. 7 . Aristides A. G. Requicha, «Nanorobots», http://www.lmr.usc.edu/ _lmr/publications/nan o robotics.
7. Robots 1 . El profesor Penrose argumenta que debe de haber efectos cuánticos en el cerebro que hacen posible el pensamiento humano. Muchos científicos de la computación dirían que cada neurona del cerebro puede ser duplicada mediante una compleja serie de transistores; si es así, el cerebro puede reducirse a un dispositivo clásico. El cerebro es sumamente complicado, pero en esencia consiste en un grupo de neuronas cuyo comportamiento puede ser duplicado por transistores. Penrose discrepa. Él afirma que hay estructuras en una célula, llamadas microtúbulos, que muestran comportamiento cuántico, de modo que el cerebro nunca puede reducirse a una simple colección de componentes electrónicos. 2. Kaku, Visions, p. 95. 3. Cavelos, p. 90. 4. Rodney Brooks, New Scientist Magazine, 18 de noviembre de 2006, p. 60. 5. Kaku, Visions, p. 61. 6. Kaku, Visions, p. 65. 7. Bill Gates, Skeptic Magazine, vol. 12, n.º 12, 2006, p. 35. 8. Bill Gates, Scientific American, enero de 2007, p. 63.
9. Scientific American, enero de 2007, p. 58. 10. Susan Kruglinski, «The Top 100 Science Stories of 2006», Discover Magazine, p. 16. 11. Kaku, Visions, p. 76. 12. Kaku, Visions, p. 92. 13. Cavelos, p. 98. 14. Cavelos, p. 101. 15. Barrow, Theories of Everything, p. 149. 16. Sydney Brenner, New Scientist Magazine, 18 de noviembre de 2006, p. 35. 17. Kaku, Visions, 135. 18. Kaku, Visions, p. 188. 19. Así, nuestras creaciones mecánicas pueden ser en última instancia la clave para nuestra propia supervivencia a largo plazo. Como dice Marvin Minsky: «Los humanos no somos el final de la evolución, así que si podemos hacer una máquina que sea tan inteligente como una persona, probablemente también podemos hacer una que sea mucho más inteligente. No tiene sentido hacer solo otra persona. Lo que se quiere es hacer una que pueda hacer cosas que nosotros no podemos». Kruglinski, «The Top 100 Science Stories of 2006», p. 18. 20. La inmortalidad, por supuesto, es algo que la gente ha deseado desde que los humanos, únicos en el reino animal, empezamos a contemplar nuestra propia mortalidad. Hablando de la inmortalidad, Woody Allen dijo en cierta ocasión: «Yo no quiero conseguir la inmortalidad por mi obra. Quiero conseguirla por no morir. No quiero vivir en la memoria de mis compatriotas. Preferiría vivir en mi apartamento». Moravec, en particular, cree que en un futuro lejano nos fusionaremos con nuestras creaciones para crear un orden superior de inteligencia. Esto requeriría duplicar los 100.000 millones de neuronas que hay en nuestro cerebro, cada una de las cuales está conectada a su vez con quizá varios miles de otras neuronas. Cuando nos tendemos en la mesa de un quirófano, tenemos al lado un esqueleto robótico. Se realiza una cirugía de modo que cuando eliminamos una sola neurona, se crea una neurona de silicio duplicada en el esqueleto robótico. Con el paso del tiempo cada neurona de nuestro cuerpo se reemplaza por una neurona de silicio en el robot, de modo que somos conscientes durante la operación. Al final, nuestro cerebro entero se ha transferido al esqueleto robótico mientras hemos sido testigos de todo el suceso. Un día estamos moribundos en nuestro cuerpo decrépito. Al día siguiente nos encontramos dentro de cuerpos inmortales, con los mismos recuerdos y la misma personalidad, sin perder la conciencia.
8. Extraterrestres y ovnis 1. Jason Stahl, Discover Magazine, «Top 100 Science Stories of 2006», diciembre de 2006, p. 80.
2. Cavelos, p. 13. 3. Cavelos, p. 12. 4. Ward y Brownlee, p. XIV. 5. Cavelos, p. 26. 6. En general, aunque las lenguas y culturas locales seguirán prosperando en diferentes regiones de la Tierra, surgirá una lengua y una cultura planetaria que se extenderá por los continentes. Esta cultura global y las culturas locales existirán simultáneamente. Esta situación existe ya con respecto a las élites de todas las sociedades. Existen también fuerzas que se oponen a esta marcha hacia un sistema planetario. Están los terroristas que inconsciente e instintivamente comprenden que el progreso hacia una civilización planetaria es un progreso que hará de la tolerancia y pluralismo secular una pieza central de su cultura emergente, y esta perspectiva es una amenaza para la gente que se siente más cómoda viviendo en el último milenio.
9. Naves estelares 1. Kaku, Hyperspace, p. 302. 2. Gilster, p. 242.
10. Antimateria y antiuniversos 1. NASA, http://science.nasa.gov, 12 de abril de 1999. 2. Cole, p. 225.
11. Más rápido que la luz 1. Cavelos, p. 137. 2. Kaku, Parallel Worlds, p. 307. 3. Cavelos, p. 151. 4. Cavelos, p. 154. 5. Cavelos, p. 154. 6. Kaku, Parallel Worlds, p. 121. 7. Cavelos, p. 145. 8. Hawking, p. 146.
12. El viaje en el tiempo 1. Nahin, p. 322. 2. Pickover, p. 10. 3. Nahin, p. IX. 4. Pickover, p. 130. 5. Kaku, Parallel Worlds, p. 142. 6. Nahin, p. 248.
13. Universos paralelos 1. Kaku, Hyperspace, p. 22. 2. Pais, p. 330. 3. Kaku, Hyperspace, p. 118. 4. Max Tegmark, New Scientist Magazine, 18 de noviembre de 2006, p. 37. 5. Cole, p. 222. 6. Greene, p. 111. 7 . Pero otra característica atractiva de la interpretación de los «muchos mundos» es que no se requiere ninguna hipótesis adicional distinta de la ecuación de ondas original. En esta imagen nunca tenemos que colapsar funciones de onda o hacer observaciones. La función de onda simplemente se divide por sí misma, automáticamente, sin ninguna intervención ni hipótesis externa. En este sentido, la teoría de los muchos mundos es conceptualmente más simple que todas las demás teorías, que requieren observadores externos, medidas, colapsos de ondas y todo lo demás. Es cierto que nos cargamos con un número infinito de universos, pero la función de onda sigue la pista de ellos, sin hipótesis adicionales del exterior. Una forma de entender por qué nuestro universo físico parece tan estable y seguro es invocar la decoherencia, es decir, que nos hemos desacoplado de todos estos universos paralelos. La decoherencia solo explica por qué nuestro universo, entre un conjunto infinito de universos, parece tan estable. La decoherencia se basa en la idea de que los universos pueden dividirse en muchos universos, pero que nuestro universo, gracias a interacciones con el entorno, se separa por completo de esos otros universos. 8. Kaku, Parallel Worlds, p. 169.
14. Máquinas de movimiento perpetuo
1. Asimov, p. 12. 2. Algunas personas han puesto objeciones, declarando que el cerebro humano, que representa quizá el objeto más complejo creado por la madre naturaleza en el sistema solar, viola la segunda ley. El cerebro humano, que consta de más de 100.000 millones de neuronas, no tiene rival en complejidad en nada que haya a menos de 40 billones de kilómetros de la Tierra, la distancia a la estrella más próxima. Pero ¿cómo puede ser compatible esta enorme reducción en entropía con la segunda ley?, preguntan. La propia evolución parece violar la segunda ley. La respuesta a esto es que el decrecimiento en entropía creado por la aparición de organismos superiores, incluidos los humanos, se da a expensas de un aumento de la entropía total en otros lugares. El decrecimiento en entropía creado por la evolución está más que compensado por el aumento de la entropía en el entorno, es decir, de la entropía de la luz solar que incide en la Tierra. La creación del cerebro humano mediante la evolución reduce la entropía, pero esto está más que compensado por el caos que creamos (por ejemplo, la contaminación, las pérdidas térmicas, el calentamiento global, etc.). 3. Tesla, sin embargo, fue también una figura trágica; probablemente fue estafado en los derechos de muchas de sus patentes e invenciones que prepararon el camino para la llegada de la radio, la televisión y la revolución de las telecomunicaciones. (Los físicos, sin embargo, hemos garantizado que el nombre de Tesla no se olvidará. Hemos llamado a la unidad del campo magnético con su nombre. Un tesla es igual a 10.000 gauss, o aproximadamente 20.000 veces el campo magnético de la Tierra.) Hoy él está casi olvidado, salvo que sus afirmaciones más excéntricas se han convertido en materia de chismes y leyendas urbanas. Tesla creía que podía comunicar con vida en Marte, resolver la teoría del campo unificado que Einstein dejó inacabada, cortar la Tierra por la mitad como una manzana y desarrollar un rayo mortífero que podría destruir 10.000 aviones a una distancia de 350 kilómetros. (El FBI tomó tan en serio su afirmación de un rayo mortal que se hizo con muchas de sus notas y equipos de laboratorio tras su muerte, algunos de las cuales siguen estando hoy en un almacén secreto.) Tesla alcanzó el punto álgido de su fama en 1931, cuando apareció en la primera página de la revista Time. Normalmente deslumbraba al público liberando enormes descargas eléctricas, que contenían millones de voltios de energía eléctrica, y con ello captaba a la audiencia. La ruina de Tesla, sin embargo, fue producto de un total descuido de sus financias y asuntos legales. Enfrentado a la batería de abogados que representaban a los gigantes eléctricos que entonces surgían, Tesla perdió el control de sus patentes más importantes. También empezó a mostrar signos de lo que hoy se denomina trastorno obsesivo-compulsivo, y se obsesionó con el número tres. Más tarde tuvo un comportamiento paranoide: vivía en la miseria en el hotel New Yorker, por miedo a ser envenenado por sus enemigos, y siempre huyendo de sus acreedores. Murió en 1943 en la pobreza absoluta a los ochenta y seis años.
Epílogo. El futuro de lo imposible 1. Barrow, Impossibility, p. 47. 2. Barrow, Impossibility, p. 209. 3. Pickover, p. 192. 4. Barrow, Impossibility, p. 250. 5. Rocky Kolb, New Scientist Magazine, 18 de noviembre de 2006, p. 44. 6. Hawking, p. 136. 7. Barrow, Impossibility, p. 143. 8. Max Tegmark, New Scientist Magazine, 18 de noviembre de 2006, p. 37. 9 . La razón para esto es que cuando tomamos la teoría de la gravedad de Einstein y añadimos correcciones cuánticas, estas correcciones, en lugar de ser pequeñas, son infinitas. Con los años los físicos han ideado varios trucos para eliminar estos términos infinitos, pero todos fallan en una teoría cuántica de la gravedad. Pero en teoría de cuerdas estas correcciones desaparecen exactamente por varias razones. En primer lugar, la teoría de cuerdas tiene una simetría, llamada supersimetría, que cancela muchos de estos términos divergentes. La teoría de cuerdas también tiene un corte, la longitud de la cuerda, que ayuda a controlar estos infinitos. El origen de estos infinitos se remonta en realidad a la teoría clásica. La ley de la inversa del cuadrado de Newton dice que la fuerza entre dos partículas se hace infinita cuando la distancia de separación tiende a cero. Este infinito, que aparece incluso en la teoría de Newton, se traslada a la teoría cuántica. Pero la teoría de cuerdas tiene un corte, la longitud de la cuerda, o la longitud de Planck, que nos permite controlar estas divergencias. 10. Alexander Vilenkin, New Scientist Magazine, 18 de noviembre de 2006, p. 51. 11. Barrow, Impossibility, p. 219.
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Título original: Physics of the Impossible
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